AVALIAÇÃO DO POTENCIAL MATRICIAL ATRAVÉS DE SENSORES DE UMIDADE GMS E TENSIÔMETRO EM PARCELAS DE EROSÃO COM USOS DIVERSOS: ESTAÇÃO EXPERIMENTAL DO DGEO/ FFP/ UERJ. FONTES, R. L. P.¹, GOMES, G. R. ¹, LEMES, W. M. ², MERAT, G. S. ², MARÇAL, R. Da S. ³. 1Graduando/ Bolsista SR1UERJ/FFP, ²Graduando/ Bolsista FAPERJ UERJ/FFP, ³Graduando/ Bolsista de Monitoria UERJ/FFP. DGEO/UERJ/FFP Rua Francisco Portela, 794. Patronato, São Gonçalo RJ. CEP: 24435-000. www.labgeo.com.br INTRODUÇÃO A erosão hídrica é um problema global causado pela ação da água da chuva sobre o solo que degrada o mesmo e compromete a sua capacidade produtiva, além de influenciar na qualidade das águas superficiais, que pode vir a ser acelerado pela ação antrópica. Esta é mais evidenciada nas regiões tropicais, onde os índices pluviométricos são mais elevados e com isso é de extrema importância a constante preocupação com as formas de uso e manejo do solo, buscando formas que minimizem os impactos hidroerosivos. Dessa maneira, o uso de sensores de umidade atua com o objetivo de fornecer um melhor e mais preciso entendimento do movimento da água no solo, ajudando, assim, a promover a conservação do ambiente da degradação. O movimento da água no solo é um dos assuntos mais intensivamente estudados na física do solo, principalmente devido à sua importância relacionada à disponibilidade de água para as plantas e ao transporte de solutos no solo. O movimento da água no solo é classicamente tratado com equações de fluxo de equilíbrio. O conhecimento referente ao movimento da água no solo bem como suas respostas aos processos erosivos em cada sistema é de grande importância, pois permite que sejam estabelecidas comparações em relação aos aspectos qualitativos e quantitativos entre os sistemas em uso, possibilitando a escolha daquele que melhor se adapta às condições específicas de cada região. 1
A determinação da umidade do solo é essencial para estudos de movimento e disponibilidade d água no solo, erosão e muitos outros problemas (Bernardo, 1989). A umidade do solo é extremamente variável com o tempo, aumentando com a chuva ou com a irrigação e diminuindo com a drenagem ou com a evapotranspiração (Reichardt, 1987). As propriedades do solo, as práticas culturais e de manejo do solo também são fatores que afetam a umidade do solo (Paltineanu e Starr, 1997). Para Reichardt a água move-se no sistema solo-planta-atmosfera em qualquer uma de suas fases, sendo que os principais movimentos dão-se na fase liquida. De acordo com Cichota, há vários processos e equipamentos que permitem a determinação indireta do teor de água do solo, como por exemplo, os métodos elétricos (resistência ou a capacitância do solo), os métodos térmicos (condutividade térmica), a tensiometria (potencial matricial), entre outros. Entre os sensores de resistência elétrica, destacam-se os de blocos de matriz granular (GMS) que operam com o mesmo princípio de resistência elétrica dos blocos de gesso e contém uma pastilha de gesso inserida na matriz granular, conectado a um medidor de corrente elétrica. O sensor é introduzido no solo, que após certo intervalo de tempo receberá ou transferirá umidade para o solo, até atingir o equilíbrio higroscópico. Ao se ligar o sensor ao medidor flui uma corrente elétrica entre os eletrodos, que fornecerá o correspondente valor da sucção no solo. Este tipo de metodologia é um procedimento de forma geral bastante simples e de extrema importância, pois auxilia no monitoramento da dinâmica da água no solo, uma vez que avalia o potencial da água no solo na faixa de 0 a 200 kpa, que é a faixa onde a maior parte dos fluxos ocorrem. Além disso, os GMS apresentam um baixo custo e a medição dos sensores pode ser feita à distância, por intermédio de fios elétricos, fazendo com que as plantas e o solo permaneçam relativamente intactos ao longo do monitoramento. Outro método que se destaca é a tensiometria que se utiliza de sensores chamados de tensiômetros, que medem a umidade do solo, indiretamente, através da tensão de retenção da água do solo. Olitta (1976) considera uma vantagem do tensiômetro, em relação a outros métodos, a possibilidade de determinação do estado de energia da água do solo. O tensiômetro é um instrumento composto por um tubo de ½ de diâmetro e comprimento variável conforme a profundidade da camada do solo que se deseja alcançar. 2
Em um dos extremos do tubo é colocado um sensor de tensão e na outra extremidade, uma cápsula porosa, de cerâmica, cujos poros, segundo Reichardt (1987), depois de saturados, não permitem esvaziamento com sucção menor ou igual a 1 atm. O interior do tensiômetro é preenchido com água. Segundo Coelho (2003), o princípio de funcionamento do tensiômetro é baseado na formação do equilíbrio entre a água no seu interior e na circunvizinhança da cápsula porosa. À medida que o solo seca, a água sai do interior do tensiômetro, através da cápsula porosa, até que ocorra o equilíbrio entre as partes internas e externas da cápsula. Uma vez que a parte superior, onde está o sensor de tensão, é hermeticamente fechada, passa a ocorrer uma pressão negativa no interior do tensiômetro, a qual é tanto maior quanto mais seco estiver o solo. Muitos estudos têm sido realizados ao longo do tempo, os quais apontam as vantagens e desvantagens do método e indicam a sua melhor aplicabilidade. A principal desvantagem dos tensiômetros, além da necessidade constante de manutenção, é o fato da capacidade de leitura dos mesmos não ultrapassar 0,75 atm (76 kpa), razão pela qual ele cobre apenas uma parte da água útil do solo, sendo 40% e 70%, nos solos argilosos e arenosos, respectivamente. Além disso, Olitta (1976) aponta o surgimento de bolhas de ar no sistema quando próximo a 0,8 atm (81,06 kpa) como responsáveis por atraso na resposta do aparelho e recomenda a utilização de água livre de ar. Porém, aponta ainda como responsáveis pelo atraso na medida dos tensiômetros, as baixas condutividade do solo e condutância da cápsula do tensiômetro e o contato inadequado entre a cápsula e o solo. Coelho (2003), então, afirma que o melhor método dependerá dos objetivos desejados, da disponibilidade, da precisão e de outros fatores que possam indicá-lo. OBJETIVOS O presente trabalho tem como objetivo avaliar vantagens e desvantagens do uso de dois tipos diferentes de sensores de umidade. Para tal análise, mais especificamente, buscou-se: Monitorar e analisar o comportamento hidrológico do solo por intermédio de Bloco de Matriz Granular GMS; Monitorar e analisar o comportamento hidrológico do solo por intermédio de Tensiômetros. METODOLOGIA 3
O estudo,em andamento, foi desenvolvido na Estação Experimental de Erosão do Departamento de Geografia da UERJ/FFP, na baixa encosta do morro do Patronato no município de São Gonçalo com um declive de 20%, com formação de gnaisse lenticular alternando com biotita-gnaisse. Estudos anteriores demonstram a presença de um solo incipiente, com presença de horizonte diagnóstico Bi, tendo sido caracterizado como CAMBISSOLO HÁPLICO (classe de solos bastante representativa do município de São Gonçalo) com horizonte A (0-25 cm), Bi (25-66 cm) e C (66-150 cm). Os dados referentes ao comportamento da água no solo foram obtidos por leituras diárias, a cada 24h tanto nos tensiômetros quanto no GMS, em parcelas experimentais de erosão com os seguintes usos do solo: 1) Parcela sem Cobertura Vegetal (SC); 2) Parcela Gramínea (GR); e 3) Parcela Leguminosa (LEG). Os tensiômetros foram dispostos em 06 baterias de manômetros de mercúrio por sistema, totalizando 18 instrumentos, tendo sido distribuídas 03 baterias por topografia (parte alta e baixa da parcela) nas profundidades de 15 cm, 30 cm e 80 cm e os sensores de matriz granular (Granular Matrix Sensor GMS, Watermark), totalizam 06 instrumentos, tendo sido distribuídas 02 baterias por cada sistema: SC, GR e LEG, nas profundidades de 15 e 30 cm, na parte intermediaria da parcela. Estas estão conectadas a caixas coletoras de 1000 litros, delimitadas com chapas galvanizadas de zinco (10 x 1 m) totalizando 10 m². A parcela SC fica exposta à ação direta das gotas das chuvas enquanto na parcela GR foram cultivadas gramíneas do tipo branquiária (Brachiaria decumbens Staf.) através de semeadura direta, sendo mantida a uma altura em torno de 5 a 10 cm. A branquiária é uma espécie perene que se adapta a muitos tipos de solo e exige pouca fertilidade do mesmo e ocorre em grande parte do município de São Gonçalo/RJ e a parcela LEG foram introduzidas mudas de leguminosas perenes da espécie amendoim forrageiro (Arachis pintoi), em um espaçamento de 20 x 20 cm. O amendoim forrageiro é uma leguminosa herbácea perene de crescimento rasteiro, que se adapta bem a altitudes desde o nível do mar até cerca de 1.800 m e em solos ácidos, de baixa a média fertilidade. Os dados pluviométricos foram determinados a partir dos dados obtidos na Estação Climatológica Urbana do DGEO/FFP/SG e pela Estação 4
Automatizada MASWS110, ambas instaladas no Campus da Faculdade de Formação de Professores/UERJ/SG. RESULTADOS PRELIMINARES Observaram-se de maneira empírica as vantagens e desvantagens dos dois sensores de umidade, onde a constante necessidade de manutenção dos tensiômetros, no caso, a necessidade diária de fluxagem, devido à formação de bolhas de ar, a troca periódica das mangueiras e o trabalho dos dados ser demorado e às vezes impreciso, nos levaram a optar pelo GMS que nos fornece os dados automaticamente, não precisa de manutenção e alcança uma capacidade de leitura superior, indo de 0 a -200 (kpa), enquanto o tensiômetro não ultrapassa 0 a 76 (kpa). O que viabiliza o entendimento da movimentação da água no solo em faixas de potenciais matriciais menores. Dessa maneira, chega-se à compreensão de que com a utilização do GMS na mensuração dos processos de movimentação sazonal da água, bem como, problemas relacionados a questões de erosão tornam-se mais precisa. 5
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BERNARDO, S. Manual de Irrigação. Viçosa: UFV, Impr. Univ., 1989. COELHO, S. L. Desenvolvimento de um Tensiômetro Eletrônico para o Monitoramento do Potencial da Água do Solo. 2003. Dissertação (Mestrado em Agronomia Irrigação e Drenagem) Faculdade de Agronomia, Departamento de Engenharia Agrícola, Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Ceará. Fortaleza-CE. DIAS, Elisabeth de Oliveira. Relatório de Estagio Interno Complementar: MONITORAMENTO DA DINÂMICA HIDROLOGICA NA ESTAÇÃO DE EROSÃO DA UERJ FFP. 2008 DIAS, E. O. Análise temporal do comportamento de água no solo e sua resposta erosiva em parcelas de erosão com diferentes usos: Estação Experimental do DGEO/UERJ/FFP. (Monografia) São Gonçalo: Departamento de Geografia da UERJ/FFP, 2009. MORAIS, N.B. Relação entre as coberturas vegetais, Braquiaria Decumbes Staf e Arachis Pintoi, e os fluxos hídricos em um Cambissolo: Estação Experimental do DGEO/UERJ/FFP. (Monografia) São Gonçalo: Departamento de Geografia da UERJ/FFP, 2007. 93 p. OLITTA, F. A. Contrução de tensiômetros para controle da irrigação. O Solo. Piracicaba. v. 68, n. 2, p. 16-20, 1955. PALTINEANU, I. C.; STARR, J. L. Real-time soil water dynamics using multisensor capacitance probes: laboratory calibration. Soil Sci. Soc. Am. J., Madison-WI, v. 61,1576-1585, nov-dec, 1997. 6
REICHARDT, K. A Água em Sistemas Agrícolas. São Paulo: Manole, 1987. 7