Espacialização e quantificação de áreas vulneráveis a menor retenção de umidade no solo, no período de seca para a cultura de arroz

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1 Espacialização e quantificação de áreas vulneráveis a menor retenção de umidade no solo, no período de seca para a cultura de arroz Darío Fernando Pineda Suárez 1, Alexandra Vaz Ferreira 2 & Diego Augusto de Campos Moraes 3 1 Mestrando em Irrigação e Drenagem,Faculdade de Ciências Agronômicas/UNESP - Rua José Barbosa de Barros, 1780 CEP: Botucatu, SP Brasil. darry1983@yahoo.com 2 Mestranda em Irrigação e Drenagem, Faculdade de Ciências Agronômicas/UNESP - Rua José Barbosa de Barros, 1780 CEP: Botucatu, SP Brasil. alexandraferreira@fca.unesp.br 3 Doutorando em Irrigação e Drenagem, Faculdade de Ciências Agronômicas/UNESP - Rua José Barbosa de Barros, 1780 CEP: Botucatu, SP Brasil. Caixa-Postal: 237 diegomoraes@fca.unesp.br Resumo O Distrito de Usocoello, Tolima, Colômbia, possui como principal cultura o arroz irrigado, apresentando uma produtividade de 7 a 10 toneladas por hectare. O fenômeno El Niño é responsável por afetar a produtividade uma vez que este causa a redução da precipitação. A retenção de umidade no solo é um fator importante a ser considerado frente a essa situação. O objetivo do presente trabalho foi espacializar a porcentagem de areia, argila e matéria orgânica para a identificação de áreas vulneráveis a menor retenção de umidade do solo,utilizando técnicas de geoestatística.por meio de pontos coletados com auxilio de um aparelho receptor de sinal GPS, foram elaborados os variogramas para porcentagem de areia, argila e matéria orgânica do solo. Após a análise dos variogramas, foi realizado o processo de interpolação dos dados por krigagem. Os mapas obtidos apresentaram as regiões mais criticas da área de estudo poderão auxiliar em planos de manejo e conservação do solo, bem como no aumento da retenção de umidade no mesmo. Palavras-chave: irrigação; variograma, krigagem. Spatialization of vulnerable areas to lower moisture retention on soil during the dry season in rice crop Abstract The District of Usocoello, Tolima, Colombia, has as main crop, the irrigated rice, presenting a production of 7-10 tons per hectare. The phenomenon "El Niño" is responsible for affecting the productivity due to reduced precipitation. The moisture retention in soil is an important factor to consider when faced with this situation. The objective of this study was to spatialize the percentage of sand, clay and organic matter to identify vulnerable areas to lower retention of soil moisture, using geostatistical techniques. Through points collected with a GPS device, the variograms for sand, loam and organic matter percentage in soil were prepared. After the variograms analysis, the interpolation process was realized by kriging. The maps obtained showed the most critical regions of the study area may assist in management planing and soil conservation, as well as increased the moisture retention in soil. Key words: irrigation; variogram; kriging. Introdução O arroz é a principal cultura irrigada na área do Distrito de Irrigação de Usocoello Tolima - Colômbia, onde a produtividade está entre 7 e 10 toneladas por hectare. No entanto, nos últimos anos a produtividade está sendo afetada em épocas de seca pelo fenômeno conhecido como El Niño, que se caracteriza pela redução da precipitação e, portanto, reduz a vazão dos rios que abastecem o Distrito de Irrigação de Usocoello, afetando diretamente a oferta hídrica na cultura de arroz irrigado e conseqüentemente reduzindo sua produtividade. Em face dessa situação a retenção de água no solo é um importante fator a ser considerado. Os solos argilosos, e aqueles com alto teor de matéria orgânica, retêm mais fortemente a água que os solos arenosos (LORENZO, 2010). Alguns atributos do solo são necessários para o cumprimento de suas funções e dar as condições adequadas para o normal desenvolvimento das plantas de arroz. No entanto, para um adequado III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 1

2 fornecimento de água de irrigação devem existir algumas características favoráveis de alguns atributos como uma textura superficial de preferência franca a fraca argilosa (SOSBAI, 2010). Para Guimarães (2001), os fenômenos naturais apresentam-se de maneira freqüente com certa estruturação nas variações entre vizinhos, desta forma pode-se dizer que as variações não são aleatórias e, portanto, apresentam algum grau de dependência espacial. As ferramentas da geoestatística consistem em várias técnicas para analisar ou modelar estruturas de variabilidade espacial, sendo que estas têm sido utilizadas para aperfeiçoar os sistemas de amostragem em experimentos agrícolas (OLIVEIRA, 2002). Portanto, o objetivo do presente trabalho foi espacializar a porcentagem de Areia, Argila e Matéria Orgânica para a identificação de áreas vulneráveis a menor retenção de umidade do solo,utilizando técnicas de geoestatística. Material e Métodos O distrito de Irrigação de Usocoello localiza-se nas regiões mais férteis do grande Vale do Rio Magdalena (Figura 1), o qual possui principalmente material sedimentário terciário e quaternário. O distrito de irrigação fica dentro da zona climatológica de bosque seco tropical com precipitações entre 700 e mm, com duas épocas secas compreendidas entre dezembro e março e entre julho e setembro.possui duas épocas chuvosas, entre abril e junho e entre outubro e novembro. A temperatura média é de 26 C e a produção agrícola baseia-se principalmente em arroz, algodão, milho,e em menor proporção sorgo, manga e tabaco. Figura 1. Localização do Estado de Tolima na Colômbia Foram utilizados dados resultantes das análises química e física das amostras do solo, fornecidos pelo Laboratório de Química de Solos da Universidade do Tolima (Colômbia). Acoleta e localização dos pontos obtidos para a análise físico-química do solo foi realizada de forma irregular com um receptor GPS configurado para o formato Latitude/Longitude. Os pontos coletados foram convertidos para o sistema UTM 18N e datum WGS84, (Figura 2.) As informações foram coletadas pela equipe técnica da Federação Nacional de Arrozeiros da Colômbia e do Distrito de Irrigação de Usocoello. III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 2

3 Figura 2. Malha amostral utilizada no estudo. Distrito de Irrigação de Usocoello, Tolima, Colômbia. A análise geoestatística foi realizada com intuito de verificar a existência e estimar o grau de dependência espacial entre as observações, com base na pressuposição de estacionariedade da hipótese intrínseca, a qual é estimada pela Equação 1, segundo Vieira et al. (1983). N h 1 2 Z (1) h 2N h i 1 x Z x h i i Onde: N(h) é o número de pares experimentais de observações e Z(xi) e Z(xi + h) são os pares de pontos separados por uma distância h. Com o ajuste do variograma, por meio de um modelo matemático teórico, é possível estimar os valores calculados de *(h) para os parâmetros de efeito pepita (C 0 ), patamar (C 0 + C 1 ) e alcance (a). Para tanto, foi utilizado o programa geoestatístico GS+7 (ROBERTSON, 2004),onde os variogramas foram ajustados e obtidos os valores referentes ao alcance (a), efeito pepita (C 0 ), patamar (C 0 + C 1 ). Foi analisado o grau de dependência espacial utilizando o índice de dependência espacial (IDE) proposto por Zimback (2001) (Equação 2). Para a confecção dos mapas das estimativas das porcentagens de areia, argila e matéria orgânica, foi utilizado o método de interpolaçãopor krigagem. Após o processo de interpolação por krigagem, os mapas foram reclassificados no sistema de informações geográficas (SIG) ArcGis 10, permitindo a quantificação das áreas. C IDE 100 (2) C C 0 onde, IDE é o Índice de Dependência Espacial, C é a componente estrutural e C 0 o efeito pepita. Valores 25% indicam fraca dependência espacial; 25%<IDE 75% - moderada dependência espacial e > 75% - forte dependência espacial. Resultados e Discussão A análise estatística dos dados obtidos para as porcentagens de areia, argila e matéria orgânica encontra-se na Tabela 1. Tabela 1. Análise estatística dos atributos físico-químicos do solo Variável Méd (%) Mín. (%) Máx. (%) s CV(%) C s C k Areia 57,95 18,00 87,20 11,74 20,26-0,61 1,22 Argila 14,24 4,00 32,80 5,07 35,66 1,21 1,71 M.O. 1,06 0,10 2,70 0,52 49,05 0,73 0,54 s: desvio-padrão; Min.: mínimo; Máx.: máximo; CV: coeficiente de variação (%); C s: Coeficiente de assimetria; C k:coeficiente de curtose. III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 3

4 Considerando o coeficiente de variação (CV) e os critérios propostos por Warrick e Nielsen (1980) as três variáveis em questão apresentaram média variabilidade (entre 12% e 60%), sendo a variável M.O., a de maior variabilidade. Em relação ao coeficiente de assimetria (C s) todas as variáveis apresentaram assimetria indicando uma distribuição anormal dos dados. Já o coeficiente de curtose demonstrou, para as três variáveis, forma leptocúrtica (C k>0) (GUIMARÃES, 2004). Os variogramas das porcentagens estimadas de areia, argila e matéria orgânica estão nas Figuras 2, 3 e 4, respectivamente. Figura 3. Variograma considerando a porcentagem de areia. Figura 4. Variograma considerando a porcentagem de argila. Figura 5. Variograma considerando a porcentagem de matéria orgânica. Os resultados referentes ao alcance (A 0 ), efeito pepita (C 0 ), patamar (C), índice de dependência espacial para a porcentagem de areia, argila e matéria orgânica são apresentados na Tabela 2. Tabela 2. Parâmetros e modelo de ajuste dos variogramas para a porcentagem de areia, argila e matéria orgânica Variável Modelo A 0 (m) C 0 C+ C 0 IDE (%) % Areia Exponencial 9.600,00 63,00 140,50 55,20 % Argila Exponencial 1.421,14 2,58 22,20 88,40 % M.O. Exponencial 7.380,00 0,14 0,28 50,00 A 0: Valor do alcance obtido; C 0: Efeito Pepita; C+C 0: Patamar; IDE: Índice de Dependência Espacial; M.O: Matéria Orgânica. Observando os variogramas obtidos, nota-se que todos foram ajustados com o modelo exponencial. No entanto, o variograma referente à porcentagem de argila apresentou um variograma experimental característico de efeito pepita puro, anulando o fato de essa variável ter apresentado um IDE forte. Caso o variograma fosse ajustado ao modelo linear, o mesmo apresentaria tendência dos dados. O maior alcance foi obtido para a porcentagem de areia, indicando que as amostras foram dependentes espacialmente até 9.600,00 m. No entanto o IDE para esta variável indica uma dependência espacial moderada devido ao efeito pepita (Co) apresentar um valor alto. Isso ocorre devido a erros de medição ou ao fato de que os dados não foram coletados a intervalos suficientemente pequenos. A matéria orgânica apresentou o menor IDE dentre as variáveis, indicando uma dependência espacial moderada. Tal fato pode estar relacionado à matéria orgânica apresentar maior coeficiente de variação. Nas Figuras 5, 6 e 7 são apresentados os mapas temáticos para as estimativas de porcentagem de areia, argila e matéria orgânica, respectivamente. Na Tabela 3 são apresentados os valores de área (ha) para as classes estipuladas para a porcentagem de areia, argila e matéria orgânica. III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 4

5 Figura 6. Mapa da porcentagem estimada de areia. Figura 7. Mapa da porcentagem estimada de argila. Figura 8. Mapa da porcentagem estimada de matéria orgânica. Observando o mapa referente à porcentagem de argila, nota-se que apesar do variograma demonstrar um ajuste ao modelo exponencial, o mapa interpolado confirma fortemente a presença do efeito pepita puro. Isso porque o mapa está apresentando diversos pontos de maior porcentagem em meios aos de menor porcentagem, indicando aleatoriedade dos dados. Tabela 3. Valores de área para as classes estipuladas para a porcentagem de areia, argila e matéria orgânica. Variável Classes (%) Área(ha) Área (%) < 52, ,00 27,65 52,72 58, ,00 38,29 Areia 58,07 63, ,00 20,11 63,30 87, ,00 13,96 Total , < 13, ,00 30,24 13,36 15, ,00 32,95 Argila 15,90 18, ,00 20,11 18,95 32, ,00 31,99 Total , < 0,15 219,00 0,50 0,16-0, ,00 18,87 Matéria Orgânica 0,56-0, ,00 74,31 0,95-2, ,00 6,32 Total , Os intervalos de porcentagem de areia, argila e matéria orgânica foram considerados de acordo à distribuição normal dos dados, obtidos nas análises dos histogramas de freqüência da estatística descritiva. Sendo os intervalos com maior representatividade dos valores obtidos em cada variável analisada. Em relação à porcentagem de areia ,00 hacorrespondem a 27,65% da área total, e possui conteúdo menor a 52.71%. O intervalo de maior porcentagem de areia é de 52,07 58,06% com uma área de ,00 ha que equivalem a 38.29% da área total do Distrito. Estes resultados demonstram que mais de 72% da área do Distrito de Irrigação de Usocoello tem conteúdo de areia superior a 52%,condição que evidencia que grande parte do Distrito apresenta uma área vulnerável a uma baixa retenção de umidade, resultando em um déficit hídrico na cultura de arroz irrigado. O conteúdo de argila na área de estudo não são maiores a 32,80% em nenhuma das áreas avaliadas. Os resultados mostraram um baixo conteúdo de argila em toda área do Distrito de Irrigação, reduzindo a chance de uma adequada retenção de umidade nos solos dessa área. Os dados obtidos do conteúdo de Matéria Orgânica (M.O.) mostraram conteúdos baixos para a cultura de arroz em toda área do Distrito de Irrgação, onde a maior área com 74,31% apresentam um teor entre 0,56 e 0,94%, e o maior teor de M.O de 0,95% a 2,70%possui 6,32% da área total. Ainda, os resultados III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 5

6 mostram que mais de 90% da área do Distrito possui conteúdos menores a 1%,condição que reduz a posibilidade de maior retenção de umidade dos solos arrozeiros, fazendo deste distrito uma região agrícola vulnerável aos periodos de seca e ainda pior no periodo de fenómenos do El Niño. Conclusões Nota-se que grande parte do Distrito de Usocoello possui vulnerabilidade à baixa retenção de umidade no solo e requer de planos do manejo de conservação que acrescentem os conteúdos de M.O.e reduz o impacto da erosão por seu alto teor de areia. A geoestatística demonstrou ser de grande utilidade na identificação das áreas com vulnerabilidade à baixa retenção de umidade no solo. Referências GUIMARÃES, E. C. Geoestatística básica e aplicada. UFU/ FAMAT. Núcleo de estudosestatísticos e biométricos p. Disponível em:< Acesso em: 08 ago GUIMARÃES, E. C. Geoestatística básica e aplicada. UFU/ FAMAT. Núcleo de estudos estatísticos e biométricos p. Disponível em: < Acesso em: 10 de ago LORENZO, M. P. Morfologia do solo, pedologia e porosidade do solo. Ideias fora da caixa Disponível em: Acesso em: 10 nov OLIVEIRA, R. H.. Variabilidade Espacial de Atributos do Solo em Uma Área Comercial de Cana-deaçúcar no Estado de São Paulo f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Campinas, Disponível em: < Acesso em: 09 ago ROBERTSON, G. P. GS+: Geoestatistics for the environmental sciences GS+ User s Guide. Plainwell, Gamma Desing Software, p. SOSBAI. Arroz irrigado: Recomendações técnicas de pesquisa para o Sul do Brasil. Sociedade Sul - Brasileira de Arroz Irrigado. XXVIII Reunião técnica da cultura de arroz Irrigado Bento Gonçalves, RS- Porto Alegre p. VIEIRA, S. R.; HATFIELD, T. L.; NIELSEN, D. R.; BIGGAR, J. W. Geostatistical theory and application to variability of some agronomical properties. Hilgardia, v. 51, n. 3, p. 1-75, WARRICK, A.W.; NIELSEN, D.R. Spatial variability of soil physical properties in the field. In: Hillel, D. (Ed.). Application of soil physics. New York: Academic Press, p. ZIMBACK, C.R.L. Análise espacial de atributos químicos de solos para fins de mapeamento da fertilidade. Tese de Livre-Docência. 114 f. Botucatu: FCA/UNESP, III Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias 6