Abstract in Brazil, management agricultural practices not currently consider the soil spatial variability as a result, crop growth can be non-uniform and yields often is low. This research aims to compare Kriging, Cokriging and Collocated cokriging using soil physical and hydraulic properties and their influences on soybean development. We hypothesized that spatial variability of physical and hydraulic properties has influence on soybean development and this variability can be better represented by Collocated Cokriging method. To test these hypotheses, we accessed the soil physical and hydraulic attributes in a field experiment under no-till system, cultivated with soybean. Geostatistical interpolators were applied to generate maps from which spatial dependence of the variables was evaluated. The experiment was conducted on a sandy clay loam Oxisol, on an experimental station located in Ponta Grossa, Paraná, Brazil. Evaluation of the soil attributes was performed: bulk density (BD), particle size distribution, saturated soil hydraulic conductivity (K fs ), total porosity (TP), macroporosity and microporosity. The plant was plant height and stand. Data analysis were performed by geostatistical methods; the spatial dependence was established using experimental univariate and cross semivariograms with datasets. Modeling semivariograms led to the generation of attribute maps by Kriging, Cokriging and Collocated cokriging. The estimation by Cokriging and Collocated cokriging was similar from Kriging. From the semivariogram, it was possible to identify that soil and plant attributes were spatially related with each other. The soya growth was mainly changed by slope of the area and little changed by saturated hydraulic conductivity.

Abstract The soil tillage practiced over a long period of time impacts soil quality. The first step in soil quality assessment is to select which indicators should be used. The objective of this study was to identify the soil attributes that discriminate soil tillage systems and can be used as indicators for soil quality assessments. Sixteen soil physical and chemical attributes were evaluated: macroporosity (MaP), microporosity (MiP), total porosity (TP), bulk density (BD), field-saturated hydraulic conductivity (Kfs), soil resistance to penetration (SRP), pH (H2O), pH (CaCl2), aluminium (Al), calcium (Ca), magnesium (Mg), potassium (K), available phosphorus (P), total organic carbon (TOC), cation exchange capacity (CEC) and base saturation (BS), of a very clayey Red Latosol, cultivated for a long period in no-till (NT), conventional tillage (CT) and minimum tillage (MT). The soil attributes (indicators) were selected using canonical discriminant analysis. MiP, Kfs, pH (CaCl2), Ca, Mg, CEC e BS were the most efficient indicators to discriminate soil tillage systems. In the indicator interpretation step was sustained MiP as the indicator that represents the function of physical stability and support, Kfs as the indicator that represents the function of water relations, BS as the indicator that represents the function of nutrient cycling and pH (CaCl2) as the indicator that represents the function of filtering and buffering. These indicators can be used for future soil quality assessment and monitoring of tillage systems in similar regions and conditions.

A permeabilidade ao ar pode ser utilizada como indicador da qualidade física do solo. O objetivo deste trabalho foi determinar a permeabilidade ao ar e os índices de continuidade de poros para a cama de semeadura em um Latossolo Vermelho distrófico cultivado no sistema semeadura direta e submetido à escarificação mecânica e escarificação biológica, utilizando a cultura do nabo forrageiro. O estudo foi conduzido em área experimental da Universidade Estadual de Ponta Grossa, Estado do Paraná. Os tratamentos implantados foram: sistema semeadura direta por 18 anos consecutivos (SD); semeadura direta submetido à escarificação mecânica (SDE); e semeadura direta submetido à escarificação biológica por meio da cultura do nabo forrageiro (SDNF). O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados com quatro repetições. As amostragens de solo foram feitas aos seis e 18 meses após a implantação dos tratamentos, correspondentes às semeaduras das culturas do milho (outubro de 2009) e da soja (novembro de 2010), respectivamente, nas camadas de 0,00-0,05 e 0,05-0,10 m de profundidade. A permeabilidade ao ar foi determinada pelo permeâmetro de carga constante nos potenciais mátricos -6, -10, -30 e -100 kPa. Foram definidos os seguintes índices de continuidade de poros: índice N, índice K1 e volume de poros bloqueados; e a porosidade de aeração. Os resultados foram submetidos à análise de variância e, quando significativos, as médias dos tratamentos foram comparadas pelo teste Tukey (p<0,05). Para a camada de 0,00-0,05 m, a permeabilidade ao ar e o índice K1 no SDNF no potencial mátrico de -6 kPa foram significativamente maiores que em SD e SDE. O índice N, o volume de poros bloqueados e a porosidade de aeração não apresentaram diferenças significativas entre os tratamentos em ambas as profundidades. Os efeitos benéficos da escarificação biológica na permeabilidade do solo ao ar e no índice de continuidade de poros K1 persistiram aos 18 meses após sua aplicação. A escarificação mecânica resultou em maior continuidade do sistema poroso do solo, avaliado pelo índice K1, com persistência desse efeito aos 18 meses após sua aplicação.

Air permeability may be used as a soil physical quality indicator. The objective of this study was to determine the air permeability and pore continuity index for the seedbed of an Oxisol cultivated under a no-tillage system that underwent mechanical chiseling and biological promotion of pore formation using the forage radish crop. The study was carried out in an experimental area of the Universidade Estadual de Ponta Grossa (Ponta Grossa State University), Parana, Brazil. The treatments were 18 consecutive years under no tillage (SD); no-tillage under mechanical chiseling (SDE); and no-tillage under biological promotion of pore formation by a forage radish cover crop (SDNF). A randomized complete block experimental design was used with four replications. Soil samples were taken at the 0.00-0.05 and 0.05-0.10 m soil depths at 6 and 18 months after setting up the treatments, corresponding to maize (October 2009) and soybean (November 2010) planting, respectively. Air permeability was determined with a constant head permeameter at four matric potentials: -6, -10, -30, and -100 kPa. The following pore continuity indices were determined: N index, K1 index, and blocked porosity; and air-filled porosity. The results were subjected to analysis of variance and, when significant, the means were compared by the Tukey test (p<0.05). For the 0.00-0.05 m soil depth, the air permeability and K1 index in SDNF at the -6 kPa matric potential were significantly higher than in SD and SDE. The N index, blocked porosity and air-filled porosity did not differ statistically among treatments for either depth. The beneficial effects of biological promotion of pore formation on air permeability and on the soil pore continuity index (K1) continued at 18 months after application. Mechanical chiseling resulted in greater continuity of the soil pore system (K1), and this effect persisted at 18 months after application.

O intervalo hídrico ótimo (IHO) tem sido utilizado como indicador de qualidade física do solo por representar em um único parâmetro as propriedades físicas diretamente ligadas com o crescimento de plantas, exceto a temperatura. O procedimento usual para obter o IHO envolve a determinação, em amostras com estrutura preservada e em laboratório, da curva de retenção de água (CRA) e da curva de resistência do solo à penetração (CRS). A determinação da CRA e CRS utilizando medições realizadas no campo (in situ ) é preferível, mas exige instrumentação apropriada. Os objetivos deste trabalho foram determinar o IHO a partir de dados coletados para obter a CRA e CRS in situ, utilizando instrumentos eletrônicos portáteis, e comparar essas com determinações feitas em laboratório. As amostragens foram realizadas na camada de 0,0-0,1 m de um Latossolo Vermelho distrófico. Foram utilizados dois métodos de quantificação do IHO: o tradicional, com medições realizadas em amostras de solo com estrutura preservada e in situ , com medições do conteúdo de água (θ), do potencial mátrico (Ψ) e da resistência do solo à penetração (RP) por meio de sensores. As medições in situ de θ, Ψ e RP foram realizadas durante um perνodo de quatro dias de secamento do solo. Concomitantemente, foram tomadas amostras com estrutura preservada para a determinação da densidade do solo (Ds). Em razão dos limites de medida do Ψ pelo tensiômetro, foram realizadas determinações adicionais do conteúdo de água no Ψ de -1500 kPa com um psicrômetro (em laboratório). Os resultados evidenciaram que é possível determinar o IHO a partir de medições de θ, Ψ e RP, usando a abordagem e instrumentaηão sugeridas. A qualidade do ajuste da CRS foi semelhante nas duas estratégias. No entanto, as medições de θ e Ψ in situ , associadas àquelas realizadas com psicrômetro, produziram melhor descrição da CRA. As estimativas do IHO foram semelhantes nas duas estratégias metodológicas. A quantificação do IHO in situ pode ser realizada com redução de 90 % do tempo em relação ao método tradicionalmente utilizado.

The least limiting water range (LLWR) has been used as an indicator of soil physical quality as it represents, in a single parameter, the soil physical properties directly linked to plant growth, with the exception of temperature. The usual procedure for obtaining the LLWR involves determination of the water retention curve (WRC) and the soil resistance to penetration curve (SRC) in soil samples with undisturbed structure in the laboratory. Determination of the WRC and SRC using field measurements (in situ ) is preferable, but requires appropriate instrumentation. The objective of this study was to determine the LLWR from the data collected for determination of WRC and SRC in situ using portable electronic instruments, and to compare those determinations with the ones made in the laboratory. Samples were taken from the 0.0-0.1 m layer of a Latossolo Vermelho distrófico (Oxisol). Two methods were used for quantification of the LLWR: the traditional, with measurements made in soil samples with undisturbed structure; and in situ , with measurements of water content (θ), soil water potential (Ψ), and soil resistance to penetration (SR) through the use of sensors. The in situ measurements of θ, Ψ and SR were taken over a period of four days of soil drying. At the same time, samples with undisturbed structure were collected for determination of bulk density (BD). Due to the limitations of measurement of Ψ by tensiometer, additional determinations of θ were made with a psychrometer (in the laboratory) at the Ψ of -1500 kPa. The results show that it is possible to determine the LLWR by the θ, Ψ and SR measurements using the suggested approach and instrumentation. The quality of fit of the SRC was similar in both strategies. In contrast, the θ and Ψ in situ measurements, associated with those measured with a psychrometer, produced a better WRC description. The estimates of the LLWR were similar in both methodological strategies. The quantification of LLWR in situ can be achieved in 10 % of the time required for the traditional method.

A hipótese deste estudo foi que a ausência de revolvimento do solo em sistema plantio direto (SPD) pode ser prejudicial à aeração do solo. O objetivo foi quantificar a condição de aeração de um Latossolo Vermelho distroférrico, classe textural muito argiloso (750 g kg-1 de argila; e 200 g kg-1 de areia), cultivado por 30 anos em SPD. A permeabilidade do solo ao ar (Ka) é um atributo físico do solo sensível às alterações no sistema poroso do solo. Ka, porosidade de aeração (εa) e índices de continuidade de poros (K1 e N), obtidos de relações entre Ka e εa, foram utilizados como indicadores da aeração do solo. Para o estudo, 240 amostras com estrutura preservada foram coletadas das camadas de 0,0-0,1 e 0,1-0,2 m de profundidade do solo, ao longo de um transecto estabelecido perpendicularmente às linhas de cultivo, em três posições distintas: linha da cultura do milho (CR); centro da entrelinha (INT); e ponto equidistante entre CR e INT (PE). A Ka e a εa foram determinadas nos potenciais mátricos (Ψm) de -2, -4, -6, -10, -30 e -50 kPa. A densidade do solo também foi definida. Os resultados confirmaram a hipótese estabelecida. Valores de Ka, K1, N e Ψa foram estatisticamente superiores na posição CR, na camada de 0,0-0,1 m. No Ψm de -10 kPa, a Ka da CR foi 6,9 e 8,4 vezes superior que em PE e INT, respectivamente, na camada de 0,0-0,1 m. Ka, K1 e N se apresentaram suficientemente sensíveis para detectar as alterações no sistema poroso, e suas diferenças entre as posições de amostragem comprovaram a importância da variabilidade espacial na obtenção de amostras de solo. A mobilização do solo na linha de semeadura propicia melhores condições de aeração do solo sob SPD.

The hypothesis of this study was that the absence of soil tillage in long-term no-tillage (NT) systems can be detrimental to soil aeration. The objective was to assess the aeration condition of an Oxisol (Rhodic Ferrasol), very clayey texture (750 g kg-1 of clay; 200 g kg-1 of sand), after 30 years of cultivation under NT. The physical property soil air permeability (Ka) is sensitive to changes in the soil pore system. Aside from Ka, the air-filled porosity (ε a) and indices of pore continuity (K1 and N), derived from the relationship between Ka and εa, were used as indices of soil aeration. From the soil layers 0.0-0.1 and 0.1-0.2 m, 240 undisturbed samples were collected along a transect perpendicular to the crop rows, at three sampling positions: corn plant row (CR); center of the interrow (INT); and the equidistant point between CR and INT (PE). The properties Ka and εa were determined at soil matric potentials (Ψm) of -2, -4, -6, -10, -30, and -50 kPa. Soil bulk density (BD) was also determined. The results confirmed the hypothesis. In the 0.0-0.1 m layer, Ka, K1, N and Ψa were significantly greater and BD significantly lower in CR than at the other sampling positions. At a Ψm of -10 kPa, the Ka of CR was 6.9 and 8.4 times higher than in PE and INT, respectively, in the 0.0-0.1 m layer. The properties Ka, K1 and N were sensitive enough to detect changes in the pore system and their differences between the sampling positions demonstrated the importance of the spatial location for soil sampling. Tilling the crop rows provides better soil aeration under NT.

No-tillage in Brazil is an efficient agricultural system that improves crop productivity whilst controlling erosion caused to the soil by degradation. However, there is some concern regarding soil compaction. Our objective was to determine whether the function of soil structure in sustaining crop growth was dependent on row and interrow positions in long-term no-tillage. We took soil samples from a field in a commercial farm under long-term no-tillage since 1979 on a clayey Oxisol in Southern Brazil. We assessed soil physical quality using the revised Peerlkamp technique and measured bulk density, air-filled porosity and air permeability of intact soil cores. Samples were incubated to assess in vitro N2O and CO2 production. The soil physical and structural properties showed consistent differences between interrow and row positions, where the properties measured were more favorable. The revised Peerlkamp technique proved as efficient as quantitative parameters in discriminating treatment differences. Overall, soil physical conditions in the interrow were less favourable than in the row. Pore continuity did not vary as regards position. This may explain why row position did not influence in vitro N2O and CO2 production. Soil physical quality under no-tillage system is enhanced, at least in the short term, by superficial disturbances in the row as a result of the action of the coulters of the no-tillage seeder.

No solo, a operação de semeadura direta aparentemente cria ambientes com condições diferenciadas para o desenvolvimento das culturas: as posições linha e entrelinha. O objetivo desta pesquisa foi avaliar a influência da semeadura direta em criar ambientes (linhas) com maior qualidade física do solo para o desenvolvimento da soja, por meio de atributos físicos estáticos e dinâmicos. O estudo foi realizado no município de Ponta Grossa, estado do Paraná, Brasil, ao longo de uma transeção em Latossolo Vermelho distrófico, cultivado há 16 anos no sistema plantio direto. Após a colheita da soja foram coletadas 68 amostras de solo com estrutura indeformada nas posições linha e entrelinha de semeadura. Foram determinados os seguintes atributos: condutividade hidráulica saturada, permeabilidade ao ar, densidade do solo, porosidade total, conteúdo de água na capacidade de campo, textura do solo e carbono orgânico total. Foram testadas correlações múltiplas entre as propriedades físicas estáticas e dinâmicas do solo e comparados, pelo teste t, os atributos físicos do solo determinados na linha e entrelinha da cultura. As propriedades dinâmicas condutividade hidráulica saturada e permeabilidade ao ar correlacionaram-se positivamente com a macroporosidade (r = 0,75 e 0,74, p<0,001, respectivamente). A porosidade total, densidade do solo, permeabilidade ao ar e macroporosidade foram dependentes da posição linha e entrelinha e da ação de raízes. Ao longo da linha de semeadura, o solo apresentou qualidade física superior ao da entrelinha, o que foi comprovado pela a redução da densidade do solo e aumento da porosidade total, condutividade hidráulica, permeabilidade ao ar e macroporosidade.

In no-till systems, two different soil conditions are created during the sowing operation: row and inter-row positions. The objectives of this study were to evaluate, using static and dynamic soil attributes, the influence of no-till sowing operation on creating better physical environment for soybean crop growth. A field transect with clay content ranging from 150 to 400 g kg-1 was selected in Ponta Grossa, Paraná State, Brazil, from a Typic Hapludox that has been cultivated under no-till system for 16 years. After soybean harvest, 68 undisturbed soil samples were collected at both sowing row and inter-row positions. The following soil properties were evaluated: saturated hydraulic conductivity, air permeability, bulk density, total porosity, soil moisture at field capacity, texture, and total organic carbon. Multiple regressions among dynamic and static soil properties were fitted, and differences between sowing row and inter-rows were tested by paired t test. Saturated hydraulic conductivity and air permeability were positively correlated with macroporosity (r = 0.75 and 0.74, respectively; p<0.001). Total porosity, bulk density, air permeability, and macroporosity were position-dependent. In general, soil physical quality was higher at row position due to lower bulk density and higher total porosity, hydraulic conductivity, air permeability and macroporosity.

A resiliência física de solos é proveniente de processos regenerativos que incluem ciclos de umedecimento e secamento, congelamento e descongelamento, assim como as atividades biológicas. Este estudo testou a hipótese de que as propriedades físicas do solo, como a permeabilidade do solo ao ar, densidade do solo, porosidade de aeração e porosidade total, são indicadores físicos eficientes para quantificar a resiliência de solos de diferentes texturas submetidos ao estresse mecânico (compactação) e após subsequentes ciclos de umedecimento e secamento. O objetivo foi avaliar o comportamento e a resiliência do solo por meio de propriedades físicas de dois Latossolos Vermelhos. Foram retiradas 25 amostras indeformadas (0,00-0,05 m) de dois solos: solo I, com textura argilosa, e solo II, com textura franco-argilo-arenosa, realizando as determinações das propriedades físicas nos tratamentos: antes da compactação (A), depois da compactação (C0) e após ciclos de umedecimento e secamento (C1, C2, C3 e C4). As propriedades densidade do solo e porosidade total não apresentaram recuperação da condição inicial após a compactação nos solos I e II; as propriedades conteúdo volumétrico de água e porosidade de aeração mostraram recuperação parcial apenas no solo I; e a permeabilidade do solo ao ar foi a propriedade que apresentou a melhor recuperação e a maior resiliência. Em relação ao distinto comportamento dos dois solos, observou-se que o solo I foi mais resiliente que o solo II nas propriedades que apresentaram recuperação.

The physical resilience of soil is the result of regenerative processes with cycles of wetting and drying, freezing and thawing, as well as of biological activities. This study tested the hypothesis that the physical properties of soil such as soil permeability, bulk density, aeration porosity, and total porosity are efficient physical indicators to quantify the resilience of soils with different textures exposed to mechanical stress (compression) and after subsequent wetting and drying cycles. The objective was to evaluate the behavior and soil resilience by means of physical properties of an Oxisol. Twenty-five undisturbed samples were taken (0.00-0.05 m) from two soils: a clayey soil and a soil with sandy clay loam texture, and the physical properties determined in the treatments: before compression (A), after compaction (C0) and after wetting and drying cycles (C1, C2, C3, C4). The properties bulk density and porosity did not return to the initial condition after compression in soil I and II, the volumetric content of water and air-filled porosity were only partially recovered in soil I, and soil permeability to air was the property with best recovery and resilience. Regarding the different behavior of the two soils, it was observed that soil I was more resilient than soil II in the properties with recovery.

A escarificação e o uso de plantas de cobertura de inverno têm sido adotados para promover a melhoria dos atributos físicos do solo relacionados à aeração. O objetivo deste trabalho foi verificar o efeito das plantas de cobertura de inverno e escarificação nas propriedades físicas de um Latossolo Vermelho distrófico, textura argilosa, após 16 anos em sistema plantio direto. Os tratamentos foram realizados em maio de 2009 e consistiram de: plantio direto (PD), plantio direto com escarificação mecânica a 0,25 m (PD-E) e plantio direto com descompactação biológica por meio da cultura do nabo forrageiro (PD-B). O delineamento experimental foi em blocos ao acaso com quatro repetições, totalizando 12 unidades experimentais. Dezoito meses após a aplicação dos tratamentos, foram coletadas amostras indeformadas de solo em cada unidade experimental, em cinco camadas: 0,0-0,1; 0,1-0,2; 0,2-0,3; 0,3-0,4; e 0,4-0,5 m. Foram avaliados os atributos físicos do solo: porosidade, densidade do solo (Ds), permeabilidade ao ar (Ka) e índices de continuidade de poros. A Ka foi medida por meio de um permeâmetro de carga constante de ar em nove potenciais mátricos (ψm): -0,5; -1; -2; -3; -5; -7; -10; -50; e -100 kPa. Os resultados indicam que os atributos físicos do solo avaliados não foram alterados pelo uso de plantas de cobertura e escarificação. Por outro lado, houve diferenças entre camadas de solo, principalmente entre 0,0-0,1 e 0,1-0,2 m. Na camada de 0,1-0,2 m, a Ds foi maior e a porosidade total e Ka (ψm = -5 kPa) foram menores do que na camada de 0,0-0,1 m. No PD-E, verificou-se que a macroporosidade foi maior na camada de 0,0-0,1 m em comparação com os outros tratamentos. Os resultados sugerem que o solo estudado submetido aos tratamentos de descompactação, após 18 meses, retornou a valores semelhantes aos da testemunha.

Chiseling and winter cover crops have been adopted to improve the soil physical properties related to aeration. This study aimed to evaluate the effects of winter cover crops and chiseling on physical properties of a Typic Hapludox, clayey texture, after 16 years under no-tillage. The treatments were applied in May 2009, as follows: no-tillage (PD), no-tillage mechanically chiseled to a depth of 0.25 m (PD-E), and biologically aerated soil with no-tillage radish (PD-B). The experiment was arranged in a randomized block design, with four replicates, totaling 12 experimental units. Eighteen months after treatment application, undisturbed soil samples were collected from five layers of each experimental unit: 0.0-0.1; 0.1-0.2; 0.2-0.3; 0.3-0.4; and 0.4-0.5 m. The following soil physical properties were assessed: porosity, bulk density (Bd), Ka and pore continuity indices. Ka was measured using a constant head air permeameter at nine soil matric potentials (ψm: -0.5, -1, -2, -3, -5, -7, -10, -50, and -100 kPa). The results indicated that the soil physical properties measured were unaltered by cover plants and chiseling. In contrast, there were differences between soil layers, especially between 0.0-0.1 and 0.1-0.2 m. In the layer 0.1-0.2 m, Bd was higher, whereas total porosity and Ka (ψm = -5 kPa) were lower than in 0.0-0.1 m. In the treatment PD-E, macroporosity was higher in the 0-0.1 m layer than in the other treatments. The results suggested that the studied soil returned to values similar to the control 18 months after the decompression treatments.

A qualidade física do solo é um dos fatores determinantes da sustentabilidade agronômica, econômica e ambiental no sistema plantio direto (SPD). A compactação do solo tem sido apontada como um dos fatores de redução da qualidade física em solos sob SPD. Contudo, com a utilização do SPD, pode haver o incremento de matéria orgânica do solo e o desenvolvimento de um sistema poroso contínuo e estável, que atenuam os impactos negativos da compactação. O objetivo deste trabalho foi avaliar a qualidade física de um Latossolo Vermelho distroférrico sob SPD durante 30 anos, utilizando o intervalo hídrico ótimo (IHO) e o grau de compactação do solo (GC). Em uma área comercial com histórico de altas produtividades sob SPD, foram coletadas amostras de solo com estrutura preservada e deformada, para determinação da densidade do solo (Ds), do IHO e do GC. As amostras com estrutura preservada foram obtidas em três posições, relativas às linhas (L), entrelinhas (E) e posição intermediária entre as linhas e entrelinhas (PI) da cultura do milho. Foram determinadas as curvas de retenção de água e resistência do solo à penetração, bem como a Ds. A amostra de solo com estrutura deformada foi usada para obter a curva de compactação, utilizando o teste de Proctor. A Dmax foi obtida a partir da curva de compactação, e o GC foi determinado pela razão entre a Ds e a Dmax. Independentemente dos limites críticos de resistência à penetração (RP), verifica-se redução do IHO com o aumento da Ds. Os maiores valores do IHO foram verificados na posição de amostragem L, e a utilização de RP crítica maior que 2,0 MPa resultou em IHO condizente com a qualidade física desse solo sob SPD de longo tempo. A Dmax foi de 1,52 kg dm-3, e o GC variou de 64 a 87 %, sendo os maiores valores obtidos nas posições E e PI. Os valores de IHO e GC obtidos neste estudo indicam que a qualidade física desse solo não é limitante à produção das culturas após 30 anos de utilização do SPD.

The soil physical quality is one of the factors that determine the agronomic, economic and environmental sustainability in long-term no-tillage systems (NT). Soil compaction has been discussed as a factor that contributes to a reduction in physical quality under NT. However, the use of NT can increase soil organic matter and lead to a continuous and stable porous system that mitigates the negative impacts of compaction. The purpose of this study was to evaluate the physical quality of an Oxisol after 30 years of NT, using the least limiting water range (LLWR) and the degree of soil compaction (DC). The soil was sampled in a plantation with a history of high yields under NT. Soil samples with undisturbed and disturbed structure were collected to determine bulk density (BD), the LLWR and DC. The samples with undisturbed structure were taken from three sampling positions: from the rows (R); from the middle in-between two rows (M) and from an intermediate position (IP) between the R and M of corn plants. The water retention curve, soil resistance curve and BD were determined. The disturbed soil sample was used to obtain the compaction curve using the Proctor test. The Dmax was obtained from the compaction curve and DC was determined by the ratio between the BD and Dmax. Regardless of the critical limits of resistance to penetration (RP), there is a reduction of the LLWR with increasing BD. The highest values of LLWR were observed in the R sampling position and the use of critical RP > 2.0 MPa resulted in a LLWR consistent with the soil physical quality in long-term NT. The Dmax was 1.52 kg dm-3 and DC ranged from 64 to 87 %, with the highest values obtained from the positions M and IP. The values of LLWR and DC recorded in this study suggest that the physical quality of this soil after 30 years of NT is not limiting to crop production.

A escarificação mecânica tem sido empregada para amenizar os efeitos da compactação em solos manejados sob sistema plantio direto (SPD). No entanto, não está clara a duração dos seus efeitos sobre as propriedades físicas do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento da densidade do solo (Ds) e do grau de compactação (GC) em profundidade após a escarificação do solo sob SPD durante um ano. O experimento localiza-se no município de Ponta Grossa, Paraná, em um Latossolo Vermelho distrófico. Medidas de Ds e GC foram feitas em área sob SPD por 16 anos (PD) e imediatamente após a escarificação (ESC), em maio/2009; seis meses após a escarificação (ESC6M), em outubro/2009; e um ano após a escarificação (ESC12M), em maio/2010. Nas camadas de 0,0-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m, verificou-se redução significativa da Ds em ESC e aumento expressivo em ESC6M. Em ESC12M, constataram-se valores de Ds similares aos medidos antes da mobilização do solo. A escarificação reduziu o GC nas camadas de 0,0-0,10 e 0,10-0,20 m, com o retorno aos valores originais um ano após a escarificação. Nos períodos ESC, ESC6M e ESC12M foram observados aumentos da Ds na camada de 0,30-0,40 m, em comparação com o PD. Os maiores valores de GC foram observados seis meses após a escarificação, porém o solo mostrou grande recuperação estrutural, possivelmente devido ao elevado grau de resiliência do solo e à influência dos ciclos de umedecimento e secagem durante o período estudado. Os efeitos da escarificação, avaliados pela Ds e GC, apresentaram duração inferior a um ano; portanto, possíveis efeitos benéficos da escarificação em reduzir a Ds em superfície, em curto prazo, propiciam aumento dos riscos de compactação do solo em profundidade.

Mechanical chiseling has been used to alleviate the effects of compaction in soils under no-tillage (NT). However, its effect on the soil physical properties does not seem to have a defined duration period. The purpose of this study was to evaluate the behavior of the bulk density (BD) and degree of compaction (DC) at different soil depths, after chiseling in no-tillage, for one year. The experiment was performed in Ponta Grossa, Paraná State, Brazil, using an Oxisol (Rhodic Hapludox). Bulk density and DC were previously measured in an area under NT for 16 years, then immediately after chiseling (CHI) in May 2009, six months after chiseling (CHI6M) in October 2009 and one year after chiseling (CHI12M) in May 2010. In the layers 0.0-0.10, 0.10-0.20 and 0.20-0.30 m, there was a significant BD reduction CHI and a marked increase CHI6M. The BD values measured CHI12M were similar to those before tillage. Chiseling reduced the DC in the layers 0.0-0.10 m and 0.10-0.20 m, but returned to the initial values one year later. During the evaluation periods CHI, CHI6M and CHI12M, the BD increased in the layer 0.30-0.40 m, compared with NT. The highest DC values were observed six months after chiseling; nevertheless the structural recovery of the soil was considerable, possibly due to the high degree of soil resilience and the influence of the wetting and drying cycles detected in the study period. The chiseling effects, evaluated by BD and DC, lasted less than one year, i.e., the beneficial short-term effects of chiseling on the reduction of the surface BD increased the risk of compaction in deeper soil layers.

A resistência do solo à penetração (RP) e a resistência tênsil de agregados (RT) são comumente utilizadas para caracterizar a condição estrutural de solos agrícolas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a funcionalidade de uma máquina de ensaio para dinamometria mediante a automatização do controle de posição e da velocidade linear de sua base móvel nas medições de RP e de RT. O equipamento proposto foi utilizado na determinação da RP em amostras indeformadas de um Nitossolo Vermelho eutroférrico argiloso sob cultivo de seringueira, considerando duas posições de amostragem (linha e entrelinha). Nessas amostras também foram determinados o teor de água e a densidade do solo, cujos dados foram utilizados para o ajuste da curva de resistência do solo à penetração (CRP). Os valores de RT foram medidos num Latossolo Vermelho distrófico de textura média (LVd) e num Nitossolo Vermelho distroférrico muito argiloso (NVdf) sob distintos sistemas de uso: LVd, sob culturas anuais e mata nativa, e NVdf, sob culturas anuais e mata com eucaliptos há mais de 30 anos. Quanto às determinações de RT, foram utilizadas duas máquinas de ensaio dinamométrico para aplicar distintas taxas de deformação: uma de referência (0,03 mm s-1), já amplamente empregada em outros trabalhos, e o equipamento proposto (1,55 mm s-1). A CRP apresentou elevado valor de coeficiente de determinação (R² > 0,9), independentemente da posição de amostragem. Os valores médios de RT do LVd e do NVdf obtidos com o equipamento proposto não diferiram (p > 0,05) daqueles da máquina de ensaio de referência, independentemente do sistema de uso e da classe textural do solo. Os resultados indicam que a RP e a RT podem ser determinadas mais rapidamente e com elevada acurácia utilizando o procedimento proposto.

Soil penetration resistance (PR) and the tensile strength of aggregates (TS) are commonly used to characterize the physical and structural conditions of agricultural soils. This study aimed to assess the functionality of a dynamometry apparatus by linear speed and position control automation of its mobile base to measure PR and TS. The proposed equipment was used for PR measurement in undisturbed samples of a clayey "Nitossolo Vermelho eutroférrico" (Kandiudalfic Eutrudox) under rubber trees sampled in two positions (within and between rows). These samples were also used to measure the volumetric soil water content and bulk density, and determine the soil resistance to penetration curve (SRPC). The TS was measured in a sandy loam "Latossolo Vermelho distrófico" (LVd) - Typic Haplustox - and in a very clayey "Nitossolo Vermelho distroférrico" (NVdf) - Typic Paleudalf - under different uses: LVd under "annual crops" and "native forest", NVdf under "annual crops" and "eucalyptus plantation" (> 30 years old). To measure TS, different strain rates were applied using two dynamometry testing devices: a reference machine (0.03 mm s-1), which has been widely used in other studies, and the proposed equipment (1.55 mm s-1). The determination coefficient values of the SRPC were high (R² > 0.9), regardless of the sampling position. Mean TS values in LVd and NVdf obtained with the proposed equipment did not differ (p > 0.05) from those of the reference testing apparatus, regardless of land use and soil type. Results indicate that PR and TS can be measured faster and accurately by the proposed procedure.

O comportamento em macroescala do solo depende das propriedades mecânicas de agregados individuais. A resistência tênsil (RT) de agregados do solo é uma das propriedades mecânicas mais úteis e utilizadas como indicadora do impacto do manejo na qualidade do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento da RT em relação ao conteúdo do C orgânico total (COT) em dois solos (Latossolo Vermelho distrófico típico) com classes texturais diferentes, em sistema plantio direto de longa duração. O delineamento experimental utilizado foi fatorial 2 x 2 x 2 inteiramente casualizado, com 12 tratamentos. Os fatores analisados foram: (a) dois solos: Latossolo Vermelho distrófico típico classe textural franco-argiloarenosa e Latossolo Vermelho distrófico típico classe textural franco-argilosa; (b) profundidades de amostragem: 0-5 e 5-20 cm; e (c) épocas de amostragem (E1-outubro de 2007; E2-setembro de 2008). Para determinação da resistência tênsil, foram coletados 1.440 blocos de solo. A RT e o conteúdo de COT foram mensurados em 1.920 agregados para cada época de amostragem. A RT reduziu à medida que o conteúdo de COT aumentou e com maior impacto no LV classe textural franco-argilosa, ou seja, o conteúdo de argila influenciou o comportamento da RT, que respondeu inversamente proporcional ao conteúdo de argila. O impacto do conteúdo de COT na RT foi mais importante na camada superficial do solo de 0-5 cm do que na de 5-20 cm.

Macroscale soil behavior depends on the mechanical properties of individual aggregates. Tensile strength (TS) of soil aggregates has been used as an indicator of management effect on soil quality as related to land use. The objective of this study was to evaluate the change of TS in relation to the variation of soil organic carbon (SOC) content in two soils (Typic Hapludox) with different textures under a long term no-tillage system. The experiment was arranged in a completely randomized 2 x 2 x 2 factorial design with 12 treatments. The analyzed factors were: (a) two soils: Oxisol with medium texture and Oxisol with clay loam texture, (b) two sampling layers: 0-5 and 5-20 cm, (c) two sampling dates (October 2007-T1, September 2008-T2). To determine TS, 1440 soil blocks were sampled. The TS and SOC contents were measured in 1920 aggregates for each sampling time. RT decreased as SOC content increased, with a greater impact on Oxisol with clay loam texture. The clay content affected the TS behavior, to which it was inversely proportional. The impact of SOC content on TS was greater in the soil surface (0-5 cm) than in the 5-20 cm layer.

A compactação é um dos processos responsáveis pela degradação física do solo que pode ocasionar a perda da sustentabilidade da produção agrícola. Assim, é fundamental dispor de estratégias instrumentais para quantificar as propriedades físicas que são influenciadas pela compactação e utilizadas para avaliar a qualidade do solo. Os objetivos deste trabalho foram: desenvolver um consolidômetro com propulsão pneumática de baixo custo; avaliar sua funcionalidade mediante estudo do comportamento compressivo de um Latossolo Vermelho distrófico de textura argilo-arenosa sob plantio direto; e avaliar o potencial de utilização da propulsão pneumática para determinações de resistência do solo à penetração (RP) e de resistência tênsil de agregados (RT). A avaliação do comportamento compressivo do solo foi realizada mediante curvas de compressão, utilizando amostras indeformadas, obtidas das posições de amostragem relativas à linha e à entrelinha da cultura de aveia-preta. Nessas amostras, foram realizados ensaios de compressão uniaxial em condição de teor de água correspondente ao potencial mátrico de -10 kPa, sendo determinados o índice de compressão (IC) e a pressão de preconsolidação (σp), bem como suas relações com outras propriedades físicas do solo. A RP foi determinada em amostras indeformadas de um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico de textura franco-arenosa sob citros. Para as determinações da RT foram utilizados agregados de dois solos: um Argissolo Acinzentado distrófico arênico coeso e um Argissolo Amarelo distrófico arênico. Os resultados mostram que a densidade do solo, antes do ensaio de compressão uniaxial, foi maior (p < 0,05) para a entrelinha da cultura de aveia-preta. A curva de compressão foi sensível às alterações estruturais do solo entre as posições de amostragem; a σp e o IC indicaram, respectivamente, maior capacidade de suporte de carga e menor suscetibilidade à compactação (p < 0,05) para a entrelinha da cultura de aveia-preta. A utilização de propulsão pneumática não influenciou os resultados da RP e da RT. Isso permite concluir que a curva de compressão do solo, a RP e a RT podem ser determinadas utilizando o equipamento desenvolvido neste estudo.

Soil compaction is one of the processes responsible for soil physical degradation that may result in the loss of sustainability of agricultural production. Therefore, it is important to have instrumental strategies to quantify soil physical properties that are influenced by soil compression and used to assess soil quality. The objectives of this study were to: (i) develop an inexpensive pneumatic consolidometer, (ii) evaluate its functionality by the study of the compressive behaviour of a sandy clay Rhodic Hapludox under no-tillage, (iii) evaluate the potential use of pneumatic propulsion to determine penetration resistance (PR) and tensile strength of aggregates (TS) using the proposed consolidometer. Compression curves based on undisturbed soil sampled in and between rows under black oat were used to evaluate the soil compressive behaviour. Uniaxial compression tests were performed in these samples at a soil water content corresponding to a matric potential of -10 kPa and used to determine the compression index (CI) and preconsolidation pressure (σp) and their correlations with other soil physical properties. PR of undisturbed samples of a sandy loam soil under citrus was determined. Aggregates from two Ultisols were used to determine TS in a hardsetting and a non-hardsetting horizons. Results showed that soil bulk density before the uniaxial compression test was higher (p < 0.05) in-between the black oat rows. The compression curve was sensitive to differences in soil structure between sampling positions, and σp and CI indicated, respectively, higher load support and less susceptibility to compaction (p < 0.05) in-between the black oat rows. The use of pneumatic propulsion did not influence the results of PR and TS. Therefore, the soil compression curve, PR and TS can be determined with the equipment developed in this study.

A permeabilidade ao ar pode ser utilizada para avaliar alterações que ocorrem na estrutura do solo em virtude da adoção de diferentes sistemas de manejo. Este estudo testou a hipótese de que o menor revolvimento do solo sob sistema plantio direto resulta na formação de poros mais contínuos e melhor condição de aeração no solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar, por meio da permeabilidade ao ar (Ka), da porosidade de aeração (εa) e dos índices de continuidade de poros (K1 e N), a aeração em um Latossolo Vermelho distrófico sob preparo convencional (PC) e sistema plantio direto (SPD). Oitenta amostras de solo (2 tratamentos x 2 profundidades x 20 repetições) com estrutura indeformada foram coletadas de cada sistema de manejo do solo nas profundidades de 0-0,10 e 0,10-0,20 m em área experimental do Instituto Agronômico do Paraná, no município de Ponta Grossa, Paraná. Depois de saturadas e equilibradas em seis potenciais mátricos (-2, -6, -10, -30, -70 e -100 kPa), determinou-se a permeabilidade ao ar e a porosidade de aeração em cada potencial. Também foram determinados a densidade do solo, a densidade de partícula, o carbono orgânico e a porosidade. A densidade do solo não consistiu em fator limitante, ficando abaixo do limite crítico para solos argilosos nos dois sistemas. No SPD, o maior volume de microporos resultou em maior retenção de água no intervalo de umidade avaliado (-2 a -100 kPa) e em maior volume de poros bloqueados para o fluxo de ar (εb), ou seja, redução de Ka. Na profundidade avaliada (00,20 m), os índices de continuidade de poros (K1 e N) revelaram que o PC apresentou poros mais contínuos do que o SPD, contradizendo a hipótese testada.

Air permeability (Kα) can be used to assess soil structure changes resulting from different tillage systems. This study tested the hypothesis that the reduced soil disturbance in no-tillage results in continuous pores and better soil aeration conditions. The objective was to evaluate the aeration of a Rhodic Hapludox under conventional tillage (CT) and no-tillage (NT), based on soil air permeability (Kα), air-filled porosity (εa) and indices of pore continuity (K1 and N). Eighty undisturbed soil cores (2 treatments x 2 depths x 20 repetitions) were collected from each tillage system at 0-0.10 and 0.10-0.20 m in an experimental area of the Agronomic Institute of Paraná in Ponta Grossa, Paraná. After the samples had been saturated and equilibrated at six matric potentials (-2, -6, -10, -30, -70, and -100 kPa), the air permeability and air-filled porosity were determined for each matrix potential. The soil bulk density, particle density, organic carbon and soil porosity were also evaluated. Soil bulk density was not a limiting factor, with values below the critical limit for clay soils in both systems. In NT, the greater micropore volume was related to higher water retention in the evaluated moisture range (-2 to -100 kPa) and greater volume of pores blocked for air flow (εb), thus reducing Kα in this system. At 0-0.20 m, the indices of pore continuity (K1 and N) indicated more continuous pores in CT than NT, contradicting the hypothesis tested.