ÍNDICE DE DESEMPENHO DE SENSORES FDR ECH 2 O EM SOLOS DE DIFERENTES SALINIDADES 1 M. A. G. Barbosa 2 ; V. B. Figueiredo 3 ; J. F. de Medeiros 3 ; I. B. do Nascimento 4 ; D. de H. Campelo 5 ; V. S. Palácio 6 RESUMO: É imprescindível o uso de equipamento que possam monitorar o teor de água no solo com a finalidade de um manejo adequado da irrigação. Tais equipamentos devem funcionar de forma adequada e para isso torna-se necessário a realização de calibrações dos mesmos em razão das diferenças físicas que os solos apresentam e das características dos sensores. Torna-se interessante ainda classificar o índice de desempenho dos sensores para analisar o funcionamento do mesmo. Nesse contexto o objetivo do presente trabalho foi determinar o índice de desempenho obtido através da calibração dos sensores FDR ECH 2 O. Foi realizada então uma correlação entre os valores de umidades estimadas através das leituras dos sensores em relação às umidades dos solos em diferentes salinidades com base em indicadores estatísticos, de precisão, dada pelo coeficiente de correlação (r), indicando o grau de dispersão dos dados obtidos em relação à média, de exatidão (d), que está associado ao desvio entre valores estimados e medidos, dado pelo índice de Willmott e o coeficiente de desempenho (c). Todos os indicadores estatísticos encontrados apresentaram valores elevados, com isso, pode-se concluir que todos os sensores apresentaram desempenhos de bom a ótimo. PALAVRAS-CHAVE: argissolo; cambissolo; manejo de Irrigação. PERFORMANCE INDEX SENSORS ECH 2 O FDR IN SOILS WITH DIFFERENT SALITY SUMMARY: It is necessary to use equipment that can monitor the water content in the soil for the purpose of proper management of irrigation. Such equipment must function properly and it becomes necessary to perform calibrations of them because of physical differences which the soils and the characteristics of sensors. It is interesting to classify the performance index of the sensors to analyze the functioning. In this context, the objective of this study was to determine the performance index obtained by calibration of the sensors ECH 2 O FDR. It was then carried out a correlation between the values estimated by the humidity sensor readings in relation to soil 1 Trabalho retirado da Dissertação de Mestrado do primeiro autor. 2 Doutorando em Ciências Agrárias, UFRB, Rua Ruy Barbosa, 710, CEP 44380 000, Cruz das Almas, BA. Fone (75) 81487625. e-mail: murilloanderson@hotmail.com. 3 Prof Doutor, Departamento de Engenharia Ambiental, UFERSA, Mossoró, RN. 4 Engenheiro Agrônomo, Doutor em Agronomia/Fitotecnia, UFERSA, Mossoró, RN. 5 Engenheiro Agrônomo, UFERSA, Mossoró, RN. 6 Tecnólogo em Irrigação e Drenagem, Mestre em Irrigação e Drenagem, UFERSA, Mossoró, RN
moisture at different salinities based on statistical indicators of accuracy, as the coefficient of correlation (r), indicating the degree of dispersion of data obtained from the average of accuracy (d), which is associated with the deviation between estimated and measured values, given by Willmott index and the coefficient of performance (c). All statistical indicators were high which concludes that all sensors had good to great performances. KEYWORDS: ultisol; cambisol; irrigation management. INTRODUÇÃO Para o monitoramento da umidade, constante dielétrica e temperatura no solo, existem diversos tipos de equipamentos, porém, a maioria se restringe somente a trabalhos de pesquisas, pois tem custo elevado e requerem um mínimo de conhecimento e treinamento para sua utilização no campo (BARBOSA, 2011). Atualmente, encontram-se no mercado, vários aparelhos que medem o teor de água existente no solo e uma das técnicas empregadas por estes aparelhos é a obtenção da constante dielétrica relativa do solo, capaz de medir a quantidade de água infiltrada, uma vez que esta constante matem uma proporcionalidade à quantidade de água no solo. Tal técnica recebe o nome de TDR (Time Domain Reflectometry) ou Reflectometria por Domínio de Tempo. Fellner-Feldegg (1969) introduziu a reflectometria por domínio do tempo como sendo um método para medir a permissividade dielétrica de líquidos. A Frequency Domain Reflectometry (FDR) ou Reflectometria por Domínio de Frequencia tem sido utilizada na pesquisa, em função da sua precisão, facilidade de acoplamento a um sistema de coleta de dados, rapidez e segurança ao operador. Apesar de ambos os métodos se basearem na medida da constantante dielétrica, cada método apresenta características. Em virtude dos sensores determinarem o conteúdo de água do solo de forma indireta e apresentarem características específicas é imprescindível a realização de calibrações para os solos a serem monitorados, em razão das diferenças físicas que os mesmos apresentam. Essas calibrações podem ser realizadas em condições de laboratório e são bastante representativas, pois são utilizadas amostras indeformadas, que preservam as características do solo, como estrutura, densidade e aeração, como em sua forma original. Desse modo, SANTOS et al. (2006) asseguram que pode ser confiável a transferência dos modelos de calibração em laboratório para aplicações práticas em condições de campo. Além disso, GARDNER et al. (1998) ressaltam que, mesmo em condições de laboratório, cuidadosamente controladas, uma calibração individual do sensor capacitivo, para cada tipo de solo, é necessária quando se deseja obter medidas absolutas de conteúdo de água Com base nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi mostrar a precisão e exatidão dos sensores ECH 2 O, obtidas através da calibração dos sensores. MATERIAL E MÉTODOS A calibração dos sensores foi conduzida no Laboratório de Irrigação e Salinidade da UFERSA, Campus Mossoró-RN. Foram coletadas amostras de dois tipos de solos de texturas distintas, um Argissolo e outro Cambissolo, assim definidos através da classificação da
EMBRAPA (1999), nas profundidades de 0 a 40 cm, ressaltando-se que o material de solo era virgem, ou seja, não havia resíduos de plantas cultivadas no mesmo. Na caracterização dos solos estudados determinou-se a classificação textural através da análise granulométrica e argila dispersa em água pelo método da pipeta; densidade do solo, pelo método do anel volumétrico. Na Tabela 1 apresentam-se os valores de densidade do solo e composição granulométrica do Argissolo e do Cambissolo utilizados no estudo. Tabela 1. Densidade do solo e composição granulométrica do Argissolo (solo 1) e Cambissolo (solo 2) utilizados no estudo. Argissolo Cambissolo Dens. do Solo (Mg m -3 ) 1,56 1,28 Porosidade total (%) 40,94 51,51 Areia (g kg -1 ) 844 507 Silte(g kg -1 ) 58 205 Argila(g kg -1 ) 98 288 Classificação Textural Arenoso Média Estas amostras então foram postas em recipientes plásticos com aproximadamente 10 cm de altura e 5 cm de diâmetro (volume de aproximadamente 200 cm³), utilizando dois recipientes para cada tipo de solo e dois sensores do modelo EC-10 para cada recipiente, constituindo assim, quatro repetições, em cada tipo de solo. O recipiente consistia de um tupo de PVC com um CAP no final, totalmente vedado com fita veda rosca a fim evitar perdas de água e solo. Com auxílio de uma espátula e uma bandeja submeteu-se as amostras às umidades 20, 40, 60, 80 e 100% (umidade até a saturação), sendo que os procedimentos foram realizados utilizando-se de água de salinidades 0,0, 0,56, 2,5, e 5,0 ds.m -1. Os conjuntos (recipiente, solo, estação de coleta de dados e sensores) foram colocados sobre uma bancada no laboratório, as amostras foram submetidas às umidades e salinidades já mencionadas e as leituras foram realizadas. Foi realizada então uma correlação entre os valores de umidades estimadas através das leituras dos sensores em relação às umidades dos solos em estudo com base em indicadores estatísticos, de precisão, dado pelo coeficiente de correlação (r), indicando o grau de dispersão dos dados obtidos em relação à média, de exatidão (d), que está associado ao desvio entre valores estimados e medidos, dado pelo índice de Willmott e o coeficiente de desempenho (c) que é o produto de r e d (c = r. d) (CAMARGO e SENTELHAS, 1997), mostrados na Tabela 2. Tabela 2. Valores dos índices de desempenho conforme Camargo e Sentelhas (1997). Valor de c Desempenho > 0,90 Ótimo 0,81 a 0,90 Muito bom 0,71 a 0,80 Bom 0,51 a 0,70 Mediano 0,41 a 0,50 Sofrível 0,31 a 0,40 Mau < 0,30 Péssimo A seguir é apresentada a equação do índice de concordância de Willmott:
N i=1 (Pi Oi)2 M. A. G. Barbosa et al. d = 1 N i=1 ( Pi P + Oi O ) 2 (eq. 1) Onde: Pi = valores da umidade do solo ou da salinidade, determinados em laboratório; Oi = valores da umidade ou salinidade do solo estimados; P = valor médio, para a umidade do solo ou para a salinidade; O = valor médio, para a umidade do solo ou para a salinidade estimados; O índice de Willmott foi determinando tanto para salinidade quanto para umidade, daí o motivo de se apresentar acima as incógnitas da equação 10 como umidade ou salinidade. O índice de concordância d, varia de 0 a 1, em que o valor 1 significa uma concordância perfeita entre os dados medidos e estimados, enquanto o valor 0 significa não haver concordância entre os valores analisados. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 3 pode ser visto os valores dos índices estatísticos r, d e c, associados às umidades estimadas através das leituras dos sensores em relação às umidades do Argissolo para diferentes salinidades da água de irrigação, obtidos pelos dados de calibração. Observa-se que em todas as salinidades obteve-se resultados com precisão (r elevado), exatidão (d com alto valor) e desempenho (c bom), o que conferiu ao sensor, de acordo com o índice c proposto por Camargo e Sentelhas (1997), para a salinidade 0, 0,56 e 5,00 ds.m -1, índices c 0,98, 0,94 e 0,93, respectivamente, os sensores ECH 2 0 do tipo EC-10 apresentaram ótimos desempenhos. Já para a salinidade 2,75, índice c igual a 0,85, os sensores apresentados são considerados muito bons. Tabela 3. Valores dos índices estatísticos r, d e c, para as umidade aferidas pelos sensores do tipo EC-10, utilizando águas de salinidade 0, 0,56, 2,75 e 5,00 ds.m-1 no Argissolo e no Cambissolo. Solo Salinidade (ds.m -1 ) r d c Argissolo Cambissolo 0,00 0,98 0,99 0,98 0,56 0,96 0,98 0,94 2,75 0,87 0,98 0,85 5,00 0,98 0,91 0,93 0,00 0,76 0,99 0,76 0,56 0,85 0,99 0,84 2,75 0,93 0,99 0,93 5,00 0,89 0,99 0,89 Ainda na Tabela 3 verificam-se os valores dos índices estatísticos, citados anteriormente, para múltiplas salinidades no Cambissolo. Para salinidade 0, o sensor produziu resultados com precisão menor que para o Argissolo (r = 0,768), exatidão bem aproximada (d = 0,996) e desempenho bem inferior (c=0,765), que lhe confere, de acordo com o índice c proposto por Camargo e Sentelhas (1997), um desempenho bom. A Tabela 4 mostra os mesmo índices estatísticos (r, d e c) para o Sensor ECH 2 O do tipo 5TE para os dois solos utilizados no experimento (Argissolo e Cambissolo) em múltiplas umidades. Os valores relacionados na tabela são de salinidade lida pelo estimada pelo sensor, corrigida pela calibração, e salinidade do extrato da pasta saturada.
Como podem ser verificados os sensores do tipo 5TE apresentaram ótimas precisões, exatidões e desempenhos, tanto para o Argissolo, quanto para o Cambissolo, sendo que ao contrário do que ocorre para o sensor do tipo EC-10, os índices mais elevados estão para o Cambissolo. Tabela 4. Valores dos índices estatísticos r, d e c, para as salinidades aferidas pelos sensores do tipo 5TE para o Argissolo e para o Cambissolo, ambos na umidade de saturação. Solo r d c Argissolo 0.95 0.98 0.94 Cambissolo 0.97 0.99 0.97 CONCLUSÃO Os valores de umidade do solo são menos precisos em solos argilosos, apresentando um r de 0,76 e um índice c 0,76 cuja classificação é bom. AGRADECIMENTO Ao CNPQ, através do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Salinidade pelo apoio financeiro. REFERÊNCIAS BARBOSA, M. A. G. Calibração e Uso de Sensores FDR para Determinação da Umidade e Salinidade em Dois Tipos de Solos. 2011. 84 f. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Mossoró, 2011. CAMARGO, A. P.; SENTELHAS, P.C. Avaliação do desempenho de diferentes métodos de estimativa da evapotranspiração potencial no Estado de São Paulo. Revista Brasileira de Agrometeorologia, v. 5, p. 89-97, 1997. EMBRAPA. Sistema brasileiro de classificação de solo. Brasília: 1999. 412p. FELLNER-FELDEGG, H.The measurement of dielectris in time domain.journal of Physical Chemistry, Phoenix, v.73, n.3, p.616-623, 1969. GARDNER, C.M.K.; DEAN, T.J.; COOPER, J.D. Soil water content measurement with a high-frequency capacitance sensor.journalofagriculturalengineeringresearch, Silsoe, v.71, n.4, p.395-403, 1998. SANTOS, R.M.; OLIVEIRA, A.S.; BRANDÃO, F.J.C.; PEREIRA, F.A.C. Calibração em laboratório de sensores FDR (Frequency Domain Reflectometry) para medição da umidade do solo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 35., 2006, João Pessoa. Anais... Jaboticabal: Associação Brasileira de Engenharia Agrícola, 2006.