DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA UMIDADE DO SOLO E DA PRODUTIVIDADE DA CULTURA DE FEIJÃO EM UM NITOSSOLO

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1 DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA UMIDADE DO SOLO E DA PRODUTIVIDADE DA CULTURA DE FEIJÃO EM UM NITOSSOLO Antônio Carlos A. Gonçalves 1, Rachel M. L. Guimarães 2, Everton Blainski 2, Cássio A. Tormena 3, Marcos V. Folegatti 4 1 Prof. Adjunto, Depto. de Agronomia, UEM, Maringá-PR, Av. Colombo, 5790, Maringá-PR. CEP: , acagoncalves@uem.br ; 2 Doutorando, PGA - UEM, Maringá-PR rachel_locks@hotmail.com, evertonblainski@gmail.com 3 Prof. Doutor, Depto. de Agronomia, UEM, Maringá-PR, catormena@uem.br 4 Prof. Doutor, Depto. de Engenharia Rural, Esalq/USP, Piracicaba-SP, mvfolega@esalq.usp.br Resumo - Com o advento da agricultura de precisão, a descrição espacial de propriedades físico-hídricas do solo ganhou importância. Além disto, a identificação de possíveis correlações espaciais entre estas propriedades e a produtividade da cultura, pode contribuir para a compreensão das complexas interrelações solo planta, em um sistema agrícola. A análise geoestatística dos valores destas variáveis, referenciados espacialmente, pode fornecer informações essenciais para a compreensão do sistema. Este trabalho teve como objetivos descrever a dependência espacial da água armazenada no solo e correlacioná-la com produtividade. Em área experimental subdividida em 80 quadrículas de 9 m 2, mediu-se a umidade do solo e a produtividade da cultura, em cada uma. A uniformidade de aplicação da irrigação não alterou o padrão espacial de armazenamento de água no solo, o qual apresentou elevada estabilidade espaço-temporal. A correlação espacial inversa entre água no solo e produtividade mostrou que a aeração pode ter sido limitante à cultura. Palavras-chave: distribuição espacial, geoestatística, armazenamento de água no solo. SPATIAL DISTRIBUTION OF SOIL MOISTURE AND BEAN CROP YIELD, ON A CLAYED TROPICAL SOIL Abstract - Describing the soil properties spatial pattern allows the study of spatial distribution of these variables. Geostatistics tools are necessary on this process, allowing the spatial dependences analysis. The objectives of this work were: describe the spatial variability of soil water storage and the relationship between soil water storage and crop yield. The experimental area were sub-divided on 80 squares, with 9 m 2 each one. The variables studied were collected in each point, allowing geostatistics analysis. The results showed that the studied variable presented structure of spatial dependence. The spatial distribution of soil water storage was shown to be strongly stable in time, being dictated mainly by intrinsic factors of soil and little influenced by the uniformity characteristics of the water application. The negative spatial correlation between water storage and crop yield showed that the aeration could be the main problem of this system. keywords: spatial distribution, geostatistics, water storage. Introdução A informação sobre o conteúdo de água no solo, em diversos pontos de uma área experimental, obtida em diversos momentos ao longo dos ciclos de secagem e umedecimento, pode servir como base para a compreensão dos processos dinâmicos da água no sistema solo-planta (GONÇALVES et al., 1999). A análise destes processos, em conjunto com a avaliação da produtividade da cultura, a partir de informações espacialmente referenciadas, na área em estudo, pode contribuir decisivamente para a compreensão das inter-relações entre estas variáveis, em um sistema agrícola. Para tanto, estas informações devem ser trabalhadas de forma a gerar conhecimento acerca destes processos, o que pode ser consideravelmente aprimorado com o uso de técnicas estatísticas para o tratamento de dados espacialmente referenciados (ISAAKS; SRIVASTAVA, 1989). A geoestatística constitui importante subsídio no tratamento destas informações, por permitir a descrição da distribuição espacial dos valores de armazenamento de água no solo, a partir da modelagem da continuidade espacial (JOURNEL; HUIJBREGTS, 1978). Contribui também ISBN:

2 para a avaliação da persistência no tempo dos possíveis padrões espaciais de distribuição de água no solo (KACHANOSKI; De JONG, 1988; GONÇALVES; FOLEGATTI, 2002). Espera-se que a distribuição espacial dos valores de lâmina de água aplicada via irrigação possa ter considerável influência sobre o padrão espacial de armazenamento de água no solo. A distribuição de água está diretamente ligada ao desenvolvimento das plantas e ao aspecto econômico referente à aplicação de água. Entretanto fatores intrínsecos do solo podem afetar a capacidade de armazenamento de água, bem como a distribuição espacial destes valores (TRINTINALHA, 2005). A uniformidade de aplicação de água segundo alguns autores (MANTOVANI, 1993; GOHRING; WALLENDER, 1987), relaciona-se diretamente com o rendimento da cultura. Porém, Rezende (2000) concluiu que a irrigação ótima para o desenvolvimento vegetativo (máximo IAF) foi a de máxima uniformidade, o que não correspondeu ao ótimo de produção. Gonçalves et al. (2004) concluíram que o padrão de armazenamento de água no solo apresenta forte estabilidade temporal, ditada por fatores intrínsecos ao mesmo, sendo pouco influenciado pelo padrão espacial de lâmina aplicada. Trintinalha (2005), trabalhando com distribuição espacial e estabilidade temporal do armazenamento de água em um Nitossolo Vermelho distroférrico concluiu que o padrão espacial de armazenamento de água no solo apresentou elevada estabilidade temporal, o que está associado aos fatores intrínsecos do solo que determinam a capacidade de armazenamento de água no mesmo. O objetivo deste trabalho foi descrever estatisticamente a variável armazenamento de água no solo, descrever a estrutura de dependência espacial desta variável e correlacioná-la espacialmente com a produtividade do feijoeiro. Material e Métodos O experimento foi conduzido no campo experimental do Centro técnico de irrigação (CTI) da Universidade Estadual de Maringá (UEM), em Maringá. As coordenadas geográficas do município são 23º25 de latitude sul e 51º57 de longitude oeste. A altitude média é de 540 metros acima do nível do mar. A área experimental foi subdividida em 80 quadrículas, segundo uma malha de 3 x 3 m, totalizando uma área de 48 x 15 metros. No centro de cada quadrícula instalou-se uma sonda de TDR de 20 cm de comprimento, para monitoramento de umidade do solo. Nesta área foi instalada a cultura do feijoeiro com espaçamento de 0,5 m, com 12 sementes por metro linear. O armazenamento de água no solo foi monitorado durante um ciclo de secamento compreendido entre os dias do ano 172 e 176. As medidas de umidade do solo foram realizadas por meio da técnica da TDR. Para o monitoramento do ciclo de secamento do solo foi realizada uma medida de umidade do solo, em cada ponto, antes da irrigação (AA). Em seguida, foi realizada a irrigação por aspersão convencional, aplicando uma lâmina média de 15 mm. Após a aplicação de água, fez-se nova leitura em todas as 80 sondas de TDR, de forma a se obter o armazenamento imediatamente após a irrigação (A1). Em seguida foram feitas leituras monitorando a umidade do solo, às 26, 48, 72 e 98 horas após a irrigação. Nesta última, os valores de umidade do solo encontravam-se próximos ao ponto de murcha permanente. O armazenamento de água no solo foi calculado a camada de 0 a 20 cm, na qual se concentrou a quase totalidade do sistema radicular da cultura do feijoeiro. As análises foram feitas para o armazenamento de água no solo antes da irrigação (AA), após a irrigação (A1), e ao longo do tempo, no período de 26 (A26), 48 (A48), 72 (A72) e 98 (A98) horas após a irrigação. A colheita do feijão foi feita manualmente, obtendo-se a massa de grãos em cada quadrícula. Determinou-se a produtividade absoluta e a produtividade relativa à máxima, identificada no experimento. Os valores das variáveis medidas foram analisados utilizando-se técnicas estatísticas e geoestatísticas. Resultados e Discussão A análise descritiva das distribuições de armazenamento de água no solo permitiu identificar que todas as variáveis apresentaram distribuição normal. Com o propósito de avaliar a distribuição no espaço dos valores de lâmina de água aplicada e de valores de lâmina de água armazenada no solo, procedeu-se à construção de um gráfico mostrando os valores obtidos em cada um dos 80 pontos de amostragem, o qual é apresentado na Figura 1. Pode-se verificar que o solo apresentava antes da irrigação (AA) um padrão de distribuição dos valores de armazenamento com certa dispersão, caracterizada por um CV de 7,7%. A aplicação de água via irrigação, apesar de desuniforme, apresentando CV de 23,4%, não determinou novo padrão de distribuição de armazenamento de água. Embora em alguns pontos se tenha uma variação de armazenamento relativamente grande entre antes da irrigação (AA) e imediatamente após a irrigação (A1), decorrente de maiores valores de lâmina aplicada, o padrão de distribuição de valores pouco se alterou. ISBN:

3 100 Lam AA AI A 26 A 48 A 72 A 98 Lâmina armazenada - mm Pontos Figura 1. Valores de lâmina de água de irrigação e de armazenamento de água no solo, em mm, antes da aplicação de água (AA), após a irrigação (A1) e ao longo do tempo. Após a aplicação de água, a baixa uniformidade da aplicação impôs certa dispersão nos valores de armazenamento, verificado pelo aumento do CV para 11,2%, em A1. Porém, com o passar do tempo, notase que a dispersão diminui tendendo a retornar ao padrão inicial. O CV para os valores de A26 assumiu o valor 9,4%, diminuindo progressivamente para 9,0; 8,7 e 8,5% em A48, A72 e A98, respectivamente. Por meio dos semivariogramas construídos ficou claro que A1, A26 e A48 não apresentaram estrutura de dependência espacial. Apenas AA, A72 e A98 apresentaram estrutura de dependência espacial. Estes resultados evidenciam que características intrínsecas do solo condicionam um padrão de distribuição espacial com uma estrutura de dependência espacial característica. Esta estrutura foi detectada por meio do semivariograma para AA. Com a aplicação irregular de água, o sistema foi alterado, de forma a que esta estrutura não pode ser identificada até 48 horas após a irrigação. 72 horas após, como quase toda a água de irrigação havia deixado o solo, a estrutura de dependência espacial do armazenamento voltou a se manifestar, com as mesmas características. Isto corrobora o fato de que esta é uma estrutura ditada por fatores intrínsecos do solo. Como os semivariogramas estruturados apresentaram-se muito semelhantes, foi ajustado um único modelo, como pode ser visto na Figura 2. Os semivariogramas experimentais escalonados mostraram a existência de uma estrutura de dependência espacial, a qual pode ser descrita por meio de um modelo exponencial ajustado aos semivariogramas experimentais escalonados, cujo alcance foi da ordem de 10,5 metros (h)/s AA A 72 A 98 exp (Co=0,26;Co+C=1,08;a=10, h - m Figura 2. Semivariogramas experimentais escalonados, de armazenamento de água no solo antes da irrigação (AA), armazenamento após 72 horas (A72) e armazenamento após 98 horas (A98). Estes resultados corroboram o encontrado por Trintinalha (2005) que identificou uma forte estrutura de dependência espacial, com elevada persistência no tempo para esta variável. O modelo ajustado para os semivariogramas para armazenamento de água no solo também corrobora o encontrado por Trintinalha ISBN:

4 (2005), que identificou o modelo exponencial como sendo o mais adequado, com alcance da ordem de 10 metros. Gonçalves et al (1999) também encontraram estrutura de dependência espacial para a variável armazenamento de água no solo, em um Argissolo do Estado de São Paulo. A análise de correlação espacial entre armazenamento de água no solo e produtividade relativa permitiu a identificação, por meio do semivariograma cruzado, de uma correlação espacial inversa entre os valores de produtividade relativa e armazenamento de água no solo antes da irrigação, conforme apresentada na Figura 3. Isto mostra que nos locais onde se tem maior armazenamento de água no solo tende-se à obtenção de menores valores de produtividade, contrariando uma expectativa inicial segundo a qual maior armazenamento permitiria melhor desenvolvimento vegetal e, consequentemente, maior produtividade (h) semivariograma cruzado sph (Co=0,0001; Co+C=0,23; a=18) h - m Figura 3. Semivariograma cruzado entre as variáveis produtividade relativa e armazenamento de água no solo antes da irrigação (AA). Provavelmente esta restrição ao desenvolvimento da cultura, expressa pela produtividade, está relacionada à condição estrutural do solo, segundo a qual a macroporosidade é bastante reduzida e a microporosidade se apresenta muito desenvolvida neste solo. A umidade deste solo, com base em volume, na capacidade de campo, atinge valores da ordem de 44%, evidenciando que o espaço poroso para a aeração pode sofrer restrições, por períodos de tempo relativamente longos, após a aplicação de água. Conclusão A uniformidade de aplicação da lâmina de irrigação pouco influencia o padrão espacial de armazenamento de água no solo, evidenciando que fatores intrínsecos do mesmo definiram este padrão, o qual apresenta forte estabilidade espaço-temporal. As regiões com maior capacidade de armazenamento de água no solo tenderam a apresentar menor produtividade, sinalizando que o grande responsável pela restrição ao desenvolvimento das plantas pode ter sido a má aeração do solo. Referências GOHRING, T.R.; WALLENDER, W.W. Economics of sprinkler irrigation systems. Transactions of the ASAR, St. Joseph, v.30, n.4, p , GONÇALVES, A. C. A.; FOLEGATTI, M. V. Correlação espacial entre retenção de água e textura do solo para fins de manejo de irrigação. Eng. Agrícola. SBEA, Jaboticabal, SP, v. 22, n. 03, p GONÇALVES, A.C.A. Estabilidade temporal da distribuição espacial da umidade do solo em área irrigada por pivô central. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v.23, n.1, p , GONÇALVES, A.C.A. et al. Distribuição espacial do armazenamento de água no solo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 33., 2004, São Pedro, SP. Anais São Pedro, SP, ISAAKS, E.H.; SRIVASTAVA, R.M. An Introduction to Applied Geostatistics. New York: Oxford University Press, p 561, JOURNEL, A.G.; HUIJBREGTS, Ch.J. Mining Geostatistics. London: Academic Press, p. KACHANOSKI, R.G.; DE JONG, E. Scale dependence and the temporal persistence of spatial patterns of soil water storage. Water Resources Research, v.24, p.85-91, MANTOVANI, E.C. Desarrolo y evaluacion de modelos para el manejo del riego: estimación de la evapotranspiracion y efectos de la uniformidad de aplicación del riego sobre a producción de los ISBN:

5 cultivos. Córdoba, p. Tesis (Doctor) Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrônomos, Universidad de Córdoba. REZENDE, R. Efeito da qualidade da irrigação em variáveis de produção e de crescimento do feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.). Piracicaba, SP p. Tese (Doutorado) - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo. TRINTINALHA, M.A.. Utilização da TDR para avaliação da distribuição espacial e estabilidade temporal do armazenamento de água em um Nitossolo Vermelho distroférrico p. Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Maringá, Maringá-PR. ISBN: