MÉTODOS PARA ESTIMATIVA DA INFILTRAÇÃO DE ÁGUA EM UM LATOSSOLO SOB PLANTIO DIRETO E CONVENCIONAL

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1 MÉTODOS PARA ESTIMATIVA DA INFILTRAÇÃO DE ÁGUA EM UM LATOSSOLO SOB PLANTIO DIRETO E CONVENCIONAL Nelmício Furtado da Silva 1*, Fernando Nobre Cunha 1, Fernando Rodrigues Cabral Filho 1, Wilker Alves Morais 1, Eduardo Sousa Cunha 1, Rhayane Carvalho Roque 1, Daniely Karen Matias Alves 1, Marconi Batista Teixeira 1 RESUMO: O estudo aprofundado e o conhecimento das características físico-hídricas do solo são considerados importantes para o manejo das áreas agrícolas, principalmente a infiltração de água, os métodos para avaliação e cálculo desse parâmetro devem ser bem escolhidos, e executados, representando de forma semelhante ao natural. Objetivou-se com este estudo avaliar a infiltração de água em um Latossolo Vermelho distroférrico sob plantio direto e convencional, utilizando-se o método do Duplo anel em comparação às equações de Kostiakov e Kostiakov-Lewis. Utilizou-se dois sistemas de plantio (convencional e direto). A metodologia utilizada foi a do infiltrômetro de anéis concêntricos. Os tempos em minutos de cada leitura foram: 0, 1, 2, 5, 10 15, e 30 minutos até o tempo total de duração de cada teste de 210 minutos. Os métodos de estimativa de Kostiakov, Kostiakov-Lewis obtiveram uma estimativa superior ao método do Duplo anel infiltrômetro em ambos os sistemas de cultivo. A maior infiltração e velocidade de infiltração foram observadas no sistema de plantio convencional. Palavras-chave: Sistemas de cultivo, duplo cilindro, velocidade de infiltração METHODS FOR ESTIMATE THE WATER INFILTRATION IN A OXISOL UNDER NO- TILLAGE AND CONVENTIONAL ABSTRACT: The study and knowledge of the physical-hydric characteristics of the soil are considered important for the management of agricultural areas, mainly the water infiltration, the methods for evaluation and calculation of this parameter should be well chosen and executed, representing of form similar to natural. The aim of this study was to evaluate the infiltration of water in a dystroferric Red Latosol under direct plantation and conventional using the method infiltrometer in compared to the models of Kostiakov and Kostiakov-Lewis. We used two plantation systems (conventional and direct). The methodology used was the infiltrometer of concentric rings. The times in minutes for each reading were 0, 1, 2, 5, 10 15, and 30 minutes until the total duration of 210 minutes in each test. The methods of estimation Kostiakov, Kostiakov-Lewis obtained an estimate of the method of Double infiltrometer ring in both cultivation systems. The major infiltration and infiltration rate were observed in conventionally plantation. Keywords: Cropping systems, cylinder double, infiltration speed 1 Instituto Federal Goiano Campus Rio Verde, Laboratório de Hidráulica e Irrigação, Rodovia Sul Goiana, Km 01, CEP: , Rio Verde GO. * nelmiciofurtado@gmail.com. Autor para correspondência. Recebido em: 04/05/2016. Aprovado em: 06/09/2016.

2 N. F. da Silva et al. 170 INTRODUÇÃO A infiltração é definida como o processo pelo qual a água atravessa a superfície do solo. Durante este processo a capacidade de infiltração tende a decrescer com o tempo até se tornar linear no momento em que o solo entra no estado de saturação, sendo denominado taxa de infiltração estável (TIE). Segundo Pinheiro et al. (2009) a taxa de infiltração (TI) é a principal característica hídrica para a descrição da dinâmica da água no solo. A infiltração, portanto, acaba sendo importante na definição das relações águasolo (movimentação, retenção, redistribuição e conservação), bem como quando se trata de drenagem e irrigação na agricultura. O conhecimento do processo de infiltração de água nos solos agrícolas bem como sua correta determinação possui extrema importância prática para o eficiente manejo do solo e da água, elaboração de projetos de irrigação (aspersão) e observação de alterações devido à introdução de cultivos agropecuários sobre o solo (RIQUELME et al., 2012; VILARINHO et al., 2013). Aa alterações físico-hídricas ocorridas no solo devido a introdução de cultivos agrícolas estão divididas entre os fatores relacionados ao solo, à superfície, preparo e manejo, que são responsáveis pela alteração na infiltração (RAWLS et al., 1996). Com relação aos fatores ligados a superfície, a dinâmica da cobertura vegetal nos sistemas de cultivo altera de forma drástica a taxa de infiltração da água, conforme afirmado por Panachuki et al. (2011), isso se deve a eliminação dos resíduos vegetais ao passar do tempo, expondo a superfície ao impacto das gotas de chuvas e da runoff, o que acarreta no fracionamento dos agregados e por conseguinte alteração da estrutura natural do solo, observando-se diminuição da TI (BERTOL et al., 2001). Partindo da hipótese de que os diferentes sistemas de cultivo afetam a infiltração de água no solo, e que a infiltração pode ser estimada empiricamente por meio de diferentes modelos com maior ou menor precisão. Deste modo, objetivou-se com este estudo avaliar a infiltração de água em um Latossolo Vermelho distroférrico cultivado com cana-de-açúcar sob plantio direto e convencional, utilizando-se o método do Duplo anel em comparação às equações de Kostiakov e Kostiakov-Lewis. MATERIAL E MÉTODOS O estudo foi realizado no ano de 2014 em área localizada no Instituto Federal Goiano, Campus Rio Verde, GO (17º48 28 S e 50º53 57 O), com altitude média de 720 metros e relevo suave ondulado, 6% de declividade). O solo da área de estudo é classificado como Latossolo Vermelho distroférrico (LVdf) de textura média (EMBRAPA, 2013) (Tabela 1). Tabela 1. Caracterização física do solo das áreas de estudo nas diferentes prosundidades, Rio Verde - GO, Sistema de Plantio Ds Dp PT Macro Micro g cm % cm PC 0,99 2,79 0,65 0,15 0,50 PD 1,22 2,66 0,53 0,16 0, cm PC 0,98 2,73 0,66 0,19 0,45 PD 1,28 2,72 0,53 0,15 0,37 PC plantio convencional, PD plantio direto, Ds densidade do solo, Dp densidade de partículas, PT porosidade total, Macro macroporosidade e Micro microporosidade.

3 Métodos para estimativa O delineamento experimental foi inteiramente casualizado em esquema fatorial com oito repetições, utilizando-se dois sistemas de cultivo, o convencional com utilização de preparo do solo com gradearadora e plantio direto. Em cada área experimental foi demarcada uma parcela, onde foram realizados os ensaios de infiltração, ambas cultivadas na atualidade da avaliação com a cultura do milho submetido a diferentes manejos. Assim foram selecionados dois tratamentos, a saber: 1) Sistema plantio convencional: área com aproximadamente 20 anos de cultivo anual, principalmente soja e milho. 2) Sistema de plantio direto: área com aproximadamente 20 anos de cultivo anual, principalmente soja e milho, porém, nos últimos 2 anos, adotou se o sistema plantio direto. Os testes de infiltração de água no solo foram realizados em cada um dos locais de estudo (convencional e plantio direto). A metodologia utilizada foi a do infiltrômetro de anéis concêntricos, de acordo com Bernardo et al. (2006), constituído de um anel externo com 0,20 m de diâmetro e 0,40 m de altura e um anel interno com 0,10 m de diâmetro e 0,40 m de altura. O cilindro foi inserido no solo a uma profundidade de aproximadamente 0,18 m, com uma régua fixada na borda do cilindro interno, projetada até tocar a superfície do solo, para medir a lâmina de água. Os tempos em minutos de cada leitura foram: 0, 1, 2, 5, 10 15, e 30 minutos a iniciar do instante zero, e com repetições a cada 30 minutos até o tempo total de duração de cada teste de 210 minutos. Os testes foram realizados até que a taxa de infiltração, observada no anel interno, torna-se aproximadamente constante com o tempo. O critério adotado neste trabalho para condição de taxa de infiltração constante foi quando o valor de leitura da carga de água no cilindro interno se repetiu pelo menos três vezes. A infiltração da água no solo foi determinada in situ através do método do infiltrômetro de anel e empiricamente por meio de modelos proposto por Kostiakov (1932), Kostiakov-Lewis (1945), demonstradas a seguir: b V=V.t i (1) b V=V.t i +V f.t (2) em que: V - velocidade de infiltração de água no solo após o empoçamento da água na superfície do solo, cm h -1. V i velocidade de infiltração inicial, cm h -1. V f velocidade de infiltração final, cm h -1. b e K f - constantes de proporcionalidade, dependentes do tipo do solo e da intensidade de precipitação. Foi realizada análise descritiva para comparação os valores da lâmina instantânea (LI) e acumulada (LA), e a leitura de água no solo para o sistema de plantio direto (PD) e convencional (PC). Para avaliar o desempenho entre os valores da infiltração obtidos em campo e os valores calculados através dos modelos empíricos de Kostiakov e Kostiakov-Lewis para os testes de infiltração, foram feitas análises comparativas dos resultados estatisticamente através do coeficiente determinação (R 2 ) para determinação das equações empíricas que melhor se adequaram as condições das áreas com os diferentes sistemas de cultivo. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 2 estão descritos os valores da lâmina instantânea (LI) e acumulada (LA), e a leitura de água no solo para o sistema de plantio direto (PD) e convencional (PC). Nota-se que as leituras obtidas foram menores 1,68% (0,33 cm) no plantio convencional (PC) quando em comparação com o plantio direto (PD). Vale ressaltar que as três últimas leituras obtiveram valores superiores, 3,23, 3,47 e 3,35% quando no PD, nos tempos acumulados (TA) de 95, 125 e 155 minutos, respectivamente. No PC a maior leitura foi observada no TA de 15 minutos, sendo igual a 19,675

4 N. F. da Silva et al. 172 cm, já para o PD, foram nos TA de 15, 25 e 35 minutos, igual a 19,8 cm. Já as menores leituras, no TA de 1 e 95 minutos para o PC e 1 minuto para o PD, sendo iguais a 18,7 e 18,8 cm, respectivamente. Por consequência das menores leituras obtidas no PC, este apresentou as maiores LI e LA, em média 42,27 e 41,08% superiores quando em comparação com o PD, respectivamente. De forma geral essa diferença apresentada tendeu a ser maior conforme o aumento do TA, sendo que no TA de 155 min, a LI e LA foram superiores 53,06 e 53,54% no PC, respectivamente. Tabela 2. Lâmina instantânea e acumulada de água no solo para o sistema de plantio direto e convencional, Rio Verde - GO, Sistema Plantio Convencional Plantio Direto Tempo instantâneo Tempo acumulado Leitura Lâmina Lâmina Lâmina Leitura instantânea acumulada instantânea min cm ,0 0,0 0,0 20,0 0,0 0, ,700 1,300 1,300 18,800 1,200 1, ,175 0,825 2,125 19,450 0,550 1, ,625 0,375 1,200 19,725 0,275 0, ,525 0,475 0,850 19,750 0,250 0, ,675 0,325 0,800 19,800 0,200 0, ,375 0,625 0,950 19,800 0,200 0, ,525 0,475 1,100 19,800 0,200 0, ,35 0,65 1,125 19,625 0,375 0, ,425 0,575 1,225 19,600 0,400 0, ,700 1,300 1,875 19,325 0,675 1, ,750 1,250 2,55 19,425 0,575 1, ,775 1,225 2,475 19,425 0,575 1,150 Lâmina acumulada O sistema de PC proporcionou a maior infiltração de água nos respectivos tempos estudados. Esta afirmação pode ser confirmada conforme os dados apresentados nas Figuras 1 e 2 de velocidade de infiltração de água no solo. Isto pode ser explicado pelas alterações físico-estruturais ocorridas no solo devido o sistema de cultivo utilizado. Pinheiro et al. (2009) em estudo com diversos solos sob diferentes usos e práticas agrícolas, encontrou resultados que corroboram com os deste estudo, onde, a capacidade de infiltração foi superior no sistema convencional quando em comparação com o direto, sob plantio de milho e rotação de culturas. Resultados encontrados por Gonçalves et al. (2012), contradizem aos apresentados anteriormente e no presente estudo, onde a infiltração foi superior na semeadura direta em comparação ao preparo com grade pesada. Os autores atribuem este fato ao predomínio de cavidades e canais biológicos, devido a preservação da atividade biológica que acaba por contribuir em uma maior taxa de infiltração e volume final de água infiltrada, além da redução do selamento superficial devido a presença de cobertura do solo no sistema de semeadura direta. Os valores de infiltração são bem controversos e variados, devido as diferentes características dos solos e dos cultivos adotados. Ressalta-se que a estrutura física do solo e a cobertura vegetal são parâmetros importantes que iram interferir na infiltração de água, o que é comprovado quando se compara diferentes sistemas de cultivo agrícola, florestal e pecuário. Segundo Mendonça et al. (2009) a alteração da infiltração em áreas cultivadas, é depende do tipo de vegetação, manejo e estrutura do solo, o que se remete ao grau de antropização, que neste trabalho está ligado

5 Métodos para estimativa aos sistemas de cultivo adotado, e da cobertura do solo (tipo e quantidade). Panachuki et al. (2011) evidenciaram a importância da cobertura vegetal para a infiltração de água no solo, onde em estudo num Latossolo Vermelho sob diferentes sistemas de manejo, observaram que o tratamento plantio direto sem resíduo vegetal proporcionou a menor taxa de infiltração estável (TIE). Enquanto que o tratamento com maior quantidade de resíduo vegetal não proporcionou a maior TIE, porém, retardou o início do escoamento superficial. No mesmo estudo, o preparo de solo com grade aradora sofreu drástica redução na taxa de infiltração, porém a TIE foi superior neste sistema quando em comparação com o plantio direto sem cobertura vegetal. Portanto, nota-se que há grande variação na taxa de infiltração nos diferentes sistemas de cultivo, e que a cobertura vegetal é um importante fator na conservação da infiltração da água no solo. Nas Figuras 1 e 2 estão apresentadas as curvas de velocidade infiltração de água no solo (VI) quando no sistema de PC e PD, determinadas pelo método do Duplo anel infiltrometro (AI), e pelos modelos propostos por Kostiakov (Kt) e Kostiakov-Lewis (KL), respectivamente. Nota-se que em ambos os sistemas de cultivo e para todos os métodos adotados, a velocidade de infiltração foi superior no PC. Apenas no tempo de 1 min para o PC, o AI apresentou uma VI superior aos demais métodos. Quando por Kt, até aos 10 min, apresentou uma VI maior que KL, após este tempo, a situação se inverte até o término do TA (Figura 1). Logo aos 10 min de TA, o AI apresentou uma VI inferior a 1 mm h -1, sendo igual a 0,51 mm h -1. Já pelos modelos de Kt e KL, essa situação se apresentou apenas no TA de 95 min, sendo igual a 0,82 e 0,93 mm h -1, respectivamente. De modo geral, conforme o passar do tempo, maior foi a diferença em porcentagem entre as VI determinadas pelos métodos do AI, Kt e KL. Salve alguns casos, quando se comparando o AI com os modelos de K e KL, a maior diferença foi observada aos 65 min, (Figura 1) Velocidade de infiltração (mm h -1 ) Anel Infiltrometro Y=29,629x -1,573 r²=0,9752 Kostiakov Y=52,949x -0,916 r²=0,9999 Kostiakov-Lewis Y=46,326x -0,858 r²=0, Tempo (min) Figura 1. Comparação dos modelos de curva de infiltração de Kostiakov, Kostiakov-Lewis e Duplo anel no sistema de Plantio Convencional, Rio Verde - GO, 2014.

6 N. F. da Silva et al. 174 Observa-se que no PD (Figura 2), quando no método do AI, logo aos 10 min de TA, a VI passou a ser menor que 0 mm h -1, sendo igual a 0,11 mm h -1. Já para os demais métodos, Kt e KL, há uma VI superior mesmo aos 155 min, sendo iguais a 0,15 e 0,31 mm h -1, e 0,0026 mm h -1 quando pelo método do AI, respectivamente. Diferentemente quando no PC, o AI apresentou uma VI superior no tempo de 1 min apenas em relação ao modelo de K, que por conseguinte apresentou VI inferior durante todo o TA, com relação a equação de KL (Figura 2). A maior diferença entre as VI determinadas pelos métodos adotados no PD (Figura 2), conforme também já apresentada no PC (figura 1), é observada no TA de 155 min, ou seja, no momento onde a VI se torna a VIE do solo, ou VIB. Esse fato decorre das alterações físico-hídricas ocasionadas pelo sistema de cultivo adotado, que interferem de forma direta na VIB, conforme aponta o estudo de José et al. (2012) que avaliaram a variabilidade dessas variáveis em Latossolos, onde observaram que a TIE (VIB) está associada ao espaço poroso, distribuição e orientação das partículas do solo. 40 Velocidade de infiltração (mm h -1 ) Anel Infiltrometro Y=12,354x -1,793 r²=0,9684 Kostiakov Y=25,918x -1,025 r²=0,9999 Kostiakov-Lewis Y=40,584x -0,969 r²=0, Tempo (min) Figura 2. Comparação dos modelos de curva de infiltração de Kostiakov, Kostiakov-Lewis e Duplo anel no sistema de Plantio Direto, Rio Verde - GO, Apesar do AI apresentar menores valores de infiltração estimados e menor coeficiente de ajuste para ambos os sistemas de cultivo (Figuras 1 e 2), em comparação com os demais métodos estudados. Este método apresenta vantagens como a praticidade e simplicidade de execução (RIQUELME et al., 2012; SANTOS et al., 2013), além de apresentar boa acurácia para determinação da infiltração de água no solo. Em estudo num Latossolo Amarelo coeso, Cunha et al. (2011) também observaram melhor ajuste do modelo de Kt, seguido por KL e AI, com R² igual a 1, 0,99 e 0,97, respectivamente. Onde, sob cultivo mínimo, o modelo de KL apresentou a maior VI, seguido por AI e Kt. Sobrinho et al. (2003) e Panachuki et al. (2006) em estudos avaliando a infiltração de água em Latossolo Vermelho (distroférrico e aluminoférrico), sob diferente sistema de cultivo (plantio direto, convencional e integração), evidenciaram a melhor adequação do modelo de Horton, que

7 Métodos para estimativa aqui neste estudo não foi avaliado, com relação ao de KL, em todos os tratamentos estudados. CONCLUSÃO A lâmina acumulada foi superior no plantio convencional, proporcionando uma maior infiltração e velocidade de infiltração de água no solo em relação ao plantio direto. Os modelos propostos por Kostiakov e Kostiakov-Lewis obtiveram uma melhor estimativa da velocidade de infiltração que o método do Duplo anel infiltrômetro, em ambos os sistemas de cultivo. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e a Coordenação do PIBIC/IFGoiano Campus Rio Verde. REFERÊNCIAS BERNARDO, S; SOARES, A. A. MANTOVANI, E. C. Manual de irrigação. 8.ed. Viçosa: UFV, p. BERTOL, I. BEUTLER, J.F.; LEITE, D. & BATISTELA, O. Propriedades físicas de um cambissolo húmico afetadas pelo tipo de manejo do solo. Scientia Agrícola, Piracicaba-SP, v.58, n.3, CUNHA, J. L. X. L.; SILVA, C. A.; COELHO, M. E. H.; FONTES, L. de O.; SILVA, M. G. O. da; SILVA, I. N. Velocidade de infiltração de água em um Latossolo amarelo submetido ao sistema de cultivo mínimo. Agropecuária Científica no Semi-Árido, v.7, n.1, p.30-35, EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. Sistema Brasileiro de Classificação de Solo. 3.ed. Rio de Janeiro, Centro Nacional de Pesquisa de Solos, p. GONÇALVES, F. C.; MORAES, M. H. Porosidade e infiltração de água do solo sob diferentes sistemas de manejo. Irriga, Botucatu, v.17, n.3, p , JOSÉ, J. V.; REZENDE, R.; MARQUES, P. A. A.; GONÇALVES, A. C. A.; SOUZA, R. S. de. Variabilidade espacial de variáveis físico-hídricas de dois Latossolos da região noroeste do estado do Paraná. Irriga, Botucatu, v.17, n.2, p , KOSTIAKOV, A.N. On the dynamics of the coefficient of water - percolation in soils and on the necessity for studying it from a dynamic point of view for purposes of ameliation. Trans. 6t h comm. Intern. Soc. Soil Sci., Moscou, Part A., 17-21, 1932 MENDONÇA, L. A. R.; VÁSQUEZ, M. A. N.; FEITOSA, J. V.; OLIVEIRA, J. F. de; FRANCA, R. M. da; VÁSQUEZ, E. M. F.; FRISCHKORN, H. Avaliação da capacidade de infiltração de solos submetidos a diferentes tipos de manejo. Eng. Sanit. Ambient., v.14, n.1, p.89-98, PANACHUKI, E.; BERTOL, I.; SOBRINHO, T. A.; OLIVEIRA, P. T. S. de; RODRIGUES, D. B. B. Perdas de solo e de água e infiltração de água em Latossolo Vermelho sob sistemas de manejo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.35, p , PANACHUKI, E.; SOBRINHO, T. A.; VITORINO, A. C. T.; CARVALHO, D. F. de; URCHEI, M. A. Avaliação da infiltração de água no solo, em sistema de integração agricultura-pecuária, com uso de infiltrômetro de aspersão portátil. Acta Sci. Agron., Maringá, v.28, n.1, p , PINHEIRO, A.; TEIXEIRA, L. P.; KAUFMANN, V. Capacidade de infiltração de água em solos sob diferentes usos e práticas de manejo agrícola. Revista Ambiente & Água, v.4, n.2, p , 2009.

8 N. F. da Silva et al. 176 RAWLS, W.J., DAVID, G., VAN MULLEN, J.A., WARD, T.J. Infiltration. In: ASCE.Hydrology Handbook. 2.ed. New York. p (ASCE Manuals and Report on Engineering Practice, 28), RIQUELME, A. M.; LUZ, L. H. B. P. da; SILVA FILHO, E. P. da. Velocidade de infiltração de água em Latossolo Vermelhoamarelo distrófico sob diferentes cultivos. Revista Brasileira de Ciências da Amazônia, Rolim de Moura-RO, v.1, n.1, SANTOS, C. S. dos; SILVA, P. F. da; SANTOS, D. P. dos; SANTOS, J. C. C. dos; SANTOS, M. A. L. dos. Avaliação da infiltração de água no solo pelo método de infiltrômetro de anel no agreste alagoano. Revista Verde de Agroecologia e Desenvolvimento Sustentável, Mossoró-RN, v.8, n.2, p , SOBRINHO, T. A.; VITORINO, A. C. T.; SOUZA, L. C. F. de; GONÇALVES, M. C.; CARVALHO, D. F. de. Infiltração de água no solo em sistemas de plantio direto e convencional. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande-PB, v.7, n.2, p , VILARINHO, M. K. C.; KOETZ, M.; SCHLICHTING, A. F.; SILVA, M. de C.; BONFIM-SILVA, E. M. Determinação da taxa de infiltração estável de água em solo de cerrado nativo. Revista Brasileira de Agricultura Irrigada, Fortaleza-CE, v.7, n.1, p.17-26, 2013.