Estimativa da umidade na capacidade de campo em solos sob Cerrado

Estimation of moisture at field capacity in soils under 'Cerrado'

Resumos

Objetivou-se, com este trabalho, estimar a umidade na capacidade de campo (θcc) a partir de equação baseada na curva de retenção de água do solo (CRA) e de correlações com atributos físico-hídricos e dados de textura e matéria orgânica, para solos muito-argilosos, argilosos, médios e arenosos. O estudo foi realizado com 2242 amostras de solo do Cerrado, das quais constavam informações sobre classificação textural, atributos físicos e retenção da água do solo. Para 745 amostras havia ainda informação sobre a condutividade hidráulica saturada (Ko) e, para 472, sobre teores de argila, silte, areia e matéria orgânica. Para as amostras com Ko medida, θcc foi determinada com base em parâmetros da equação de Genuchten (1980), assumindo-se que a taxa de drenagem (<img src="/img/revistas/rbeaa/v15n2/t.jpg">) é uma porcentagem p de Ko. Consideraram-se valores de p iguais a 0,0025; 0,0050; 0,0100; 0,0150 e 0,0200. Verificou-se, então, ser possível estimar θcc a partir de equação baseada na CRA, considerando-se <img src="/img/revistas/rbeaa/v15n2/t.jpg">como sendo 1% do valor de Ko. θcc também pode ser estimada em função da umidade no ponto de inflexão da CRA e da porosidade total para cada horizonte do solo. Para <img src="/img/revistas/rbeaa/v15n2/t.jpg">equivalente a 1% do valor de Ko, a tensão de água no solo correspondente à θcc se situou entre 6,5 e 7,5 kPa.

curva de retenção de água do solo; taxa de drenagem; atributos físicos; textura do solo

The objective of this study was to estimate the soil moisture at field capacity (qfc) by an equation based on the soil water retention curve (SWRC) and by correlation with physico-hydrical attributes and data from texture and organic matter for very clayey, clayey, loamy, and sandy soils. The study was carried out with 2242 samples from 'Cerrado' soils, which contained information on textural classification, physical attributes and soil water retention. For 745 samples, there was information on the saturated hydraulic conductivity (Ko) and for 472, on clay, silt, sand and organic matter contents. For samples with measured Ko, qfc was determined based on parameters of the equation of Genuchten (1980), assuming that the drainage rate (<img src="/img/revistas/rbeaa/v15n2/t.jpg">) is a percentage p of Ko. p values of 0.0025, 0.0050, 0.0100, 0.0150, and 0.0200 were considered. It was observed that qfc can be estimated by the equation based on SWRC, considering <img src="/img/revistas/rbeaa/v15n2/t.jpg">as 1% of the Ko value. qfc can also be estimated as a function of moisture at the inflection point of SWRC and soil porosity for each soil horizon. The soil water tension corresponding to qfc was between 6.5 and 7.5 kPa, for <img src="/img/revistas/rbeaa/v15n2/t.jpg">equivalent to 1% of the Ko value.

soil water retention curve; drainage rate; physical attributes; soil texture

MANEJO DE SOLO, ÁGUA E PLANTA

Estimativa da umidade na capacidade de campo em solos sob Cerrado

Estimation of moisture at field capacity in soils under 'Cerrado'

Rui da S. Andrade^I; Luís F. Stone^II

^IDepartamento de Hidráulica/UFT, ALC n. 14, Av. NS 15, CEP 77020-210, Palmas, TO. Fone: (63) 3232-8020. E-mail: [e-mail]

^IIEmbrapa Arroz e Feijão, CP 179, CEP 75375-000, Santo Antônio de Goiás, GO. Fone: (62) 3533-2151. E-mail: [e-mail]

RESUMO

Objetivou-se, com este trabalho, estimar a umidade na capacidade de campo (θcc) a partir de equação baseada na curva de retenção de água do solo (CRA) e de correlações com atributos físico-hídricos e dados de textura e matéria orgânica, para solos muito-argilosos, argilosos, médios e arenosos. O estudo foi realizado com 2242 amostras de solo do Cerrado, das quais constavam informações sobre classificação textural, atributos físicos e retenção da água do solo. Para 745 amostras havia ainda informação sobre a condutividade hidráulica saturada (Ko) e, para 472, sobre teores de argila, silte, areia e matéria orgânica. Para as amostras com Ko medida, θcc foi determinada com base em parâmetros da equação de Genuchten (1980), assumindo-se que a taxa de drenagem () é uma porcentagem p de Ko. Consideraram-se valores de p iguais a 0,0025; 0,0050; 0,0100; 0,0150 e 0,0200. Verificou-se, então, ser possível estimar θcc a partir de equação baseada na CRA, considerando-se como sendo 1% do valor de Ko. θcc também pode ser estimada em função da umidade no ponto de inflexão da CRA e da porosidade total para cada horizonte do solo. Para equivalente a 1% do valor de Ko, a tensão de água no solo correspondente à θcc se situou entre 6,5 e 7,5 kPa.

Palavras-chave: curva de retenção de água do solo, taxa de drenagem, atributos físicos, textura do solo

ABSTRACT

The objective of this study was to estimate the soil moisture at field capacity (qfc) by an equation based on the soil water retention curve (SWRC) and by correlation with physico-hydrical attributes and data from texture and organic matter for very clayey, clayey, loamy, and sandy soils. The study was carried out with 2242 samples from 'Cerrado' soils, which contained information on textural classification, physical attributes and soil water retention. For 745 samples, there was information on the saturated hydraulic conductivity (Ko) and for 472, on clay, silt, sand and organic matter contents. For samples with measured Ko, qfc was determined based on parameters of the equation of Genuchten (1980), assuming that the drainage rate () is a percentage p of Ko. p values of 0.0025, 0.0050, 0.0100, 0.0150, and 0.0200 were considered. It was observed that qfc can be estimated by the equation based on SWRC, considering as 1% of the Ko value. qfc can also be estimated as a function of moisture at the inflection point of SWRC and soil porosity for each soil horizon. The soil water tension corresponding to qfc was between 6.5 and 7.5 kPa, for equivalent to 1% of the Ko value.

Key words: soil water retention curve, drainage rate, physical attributes, soil texture

INTRODUÇÃO

O manejo adequado de sistemas de irrigação depende das características físicas e químicas do solo. A interação da água com essas características manifesta propriedades como o limite superior de umidade que determinado solo apresenta, também denominado capacidade de campo, de grande importância nos processos de armazenagem e disponibilidade de água para as plantas. Diversos autores têm discutido as imprecisões do conceito pioneiro de capacidade de campo dado por Veihmeyer & Hendrickson (1949), em que definem capacidade de campo como “a quantidade de água retida pelo solo depois que o excesso tenha drenado e a taxa de movimento descendente tenha decrescido acentuadamente o que ocorre, geralmente, dois a três dias depois de uma chuva ou irrigação em solos permeáveis de estrutura e textura uniforme”. Reichardt (1988) questiona este conceito, quanto à subjetividade, em algumas de suas expressões, excesso de água, tempo ideal de drenagem, solos permeáveis e homogêneos etc., mas o considera importante para os que estiverem interessados apenas no manejo de culturas irrigadas, quando a definição de capacidade de campo se torna útil e prática. Segundo o autor, a capacidade de campo é um processo dinâmico, não uma característica da matriz do solo, que depende de interesses específicos de cada situação. Por exemplo, ele recomenda que, para os irrigantes, a capacidade de campo deve ser determinada depois de dois a três dias pós-chuva ou irrigação, em obediência a um turno de rega menor que dez dias e, para os interessados em lixiviação de nutrientes e pesticidas e recarga de aquíferos subterrâneos, que este tempo seja mais longo.

A capacidade de campo depende do fluxo de drenagem e este por sua vez se acha mais à mercê da condutividade hidráulica do que do potencial total da água no solo. Reduções drásticas do fluxo de água de drenagem foram observadas por Reichardt (1988) em um Latossolo Vermelho-Amarelo de textura média, ao verificar que em apenas um dia esse fluxo reduziu para 0,3% de seu valor original, devido à redução também significativa da condutividade hidráulica, quando praticamente não houve alteração do gradiente de potencial total de água no solo.

A determinação da tensão que governa a capacidade de campo é, igualmente, motivo de inúmeros trabalhos, sobremaneira daqueles realizados em laboratório, com amostras deformadas e indeformadas. A definição da tensão matricial de água no solo entre 10 kPa e 33 kPa como correspondente à capacidade de campo, tem encontrado resistência entre pesquisadores. Reichardt (1988) notou que a tensão matricial não alcançou o valor clássico de 33 kPa, mesmo depois de 45 dias, apesar de reconhecer a não existência da relação direta entre fluxo e tensão da água do solo. Vários autores têm postulado que a capacidade de campo para solos tropicais corresponderia a tensões variando de 6 a 10 kPa (Ferreira & Marcos, 1983; Reichardt, 1988; Andrade et al., 1991; Mello et al., 2002). A adoção de certa tensão representativa da capacidade de campo é de interesse geral, dado à praticidade de se caracterizar rapidamente a sua umidade correspondente, por meio de curvas características de retenção de água.

Ferreira & Marcos (1983) propuseram o conceito do ponto de inflexão da curva característica de retenção de água no solo corresponder à capacidade de campo e obtiveram resultados significativos quando este ponto foi correlacionado com a umidade determinada na tensão de 6 kPa. Dexter & Bird (2001), por sua vez, consideraram o ponto de inflexão da curva de retenção de água ajustada pelo modelo de Genuchten (1980) como o ponto ótimo para preparo do solo em termos de umidade, e a capacidade de campo como equivalente à tensão de 10 kPa.

Em campo, a determinação da capacidade de campo requer gasto de tempo e tem custos. Sua estimativa, no entanto, por intermédio de modelos matemáticos pode ser uma alternativa econômica, em curto espaço de tempo e de reconhecida viabilidade técnica. As funções de pedotransferência são equações que facilitam a estimativa de características edáficas, de difícil determinação, a partir de outros atributos mais facilmente obtidos (Oliveira et al., 2002). Macedo (1991) desenvolveu funções de pedotransferência a partir de uma classificação textural, teor de matéria orgânica e microporosidade (tensão igual a 6 kPa), para estimar a capacidade de campo à base de volume.

Objetivou-se com este trabalho verificar a possibilidade de se estimar a umidade na capacidade de campo a partir de equação baseada na curva de retenção de água do solo e de correlações com atributos físico-hídricos e dados de textura e matéria orgânica, para solos muito-argilosos, argilosos, médios e arenosos.

MATERIAL E MÉTODOS

O estudo foi realizado com 2242 amostras de solo, das quais constavam informações sobre classificação textural, densidade do solo (Ds) e de partículas (Dp), e retenção da água do solo, registradas nos bancos de dados dos Laboratórios de Solo da Embrapa Arroz e Feijão e Embrapa Cerrados. Para 745 amostras havia ainda informação sobre a condutividade hidráulica saturada (Ko) e para 472 sobre teores de argila, silte, areia e matéria orgânica. Essas amostras abrangiam solos sob Cerrado das regiões Centro-Oeste, Norte e Nordeste do Brasil.

Os dados de retenção da água do solo foram ajustados a uma curva pela equação de Genuchten (1980), que é dada por:

em que q, qs e qr são, respectivamente, os conteúdos de água do solo correspondentes à tensão h, à saturação e à umidade residual, em m³ m^-3, h é a tensão matricial da água do solo, em kPa, n e m (m = 1-1/n) são parâmetros empíricos adimensionais de ajuste e a é um parâmetro expresso em kPa-1. O ajuste foi feito com o auxílio do programa Soil Water Retention Curve - SWRC (Dourado Neto et al., 2001).

Para as 745 amostras com Ko medida, a umidade na capacidade de campo (θcc) foi determinada com base nas equações para determinação da densidade de fluxo gravitacional e da umidade do solo na profundidade de interesse L, de acordo com o tempo de redistribuição da água do solo, propostas por Loyola & Prevedello (2003), que utilizam parâmetros da equação de Genuchten (1980).

O tempo correspondente à capacidade de campo (Tcc), em h, pode ser expresso como:

em que

é a densidade de fluxo gravitacional ou taxa de drenagem, agora com a conotação de fluxo no momento em que o solo está em seu limite superior, ou seja, na capacidade de campo,

e Ko é expressa em cm h-1.

Substituindo-se a Equação (2) na equação proposta por Loyola & Prevedello (2003) para determinação da umidade do solo na profundidade de interesse, tem-se:

Assumindo que a condição de capacidade de campo é atingida quando a taxa de drenagem t se reduz para dada porcentagem p da condutividade hidráulica saturada, conforme proposto por Prevedello (1999), a Equação 3 se simplifica para:

A equação para obtenção da tensão correspondente à capacidade de campo (hcc) é dada por:

O tempo correspondente à capacidade de campo (Tcc) agora pode ser calculado por:

Considerou-se L igual a 20 cm e o Tcc foi determinado para valores de p iguais a 0,0025; 0,0050; 0,0100; 0,0150 e 0,0200. Os valores obtidos foram comparados com os da literatura, para determinar o valor mais adequado de p. Para este valor foi calculada θcc e hcc para todas as 2242 amostras, separadas por classe textural muito argilosa (teor de argila (Ag) maior ou igual à 60%), argilosa (60% > Ag maior ou igual à 35%), média (35% > Ag maior ou igual à 15%) e arenosa (Ag < 15%).

Considerando-se todas as amostras estabeleceram-se correlações múltiplas entre a θcc, determinada com o valor estabelecido de p, e os atributos densidade do solo, em Mg m^-3, porosidade total, macroporosidade, microporosidade e umidade do solo no ponto de inflexão da curva de retenção da água, todas expressas em m³ m^-3 e índice S.

Calculou-se a porosidade total (Pt) pela equação: Pt = (1-Ds/Dp). A microporosidade foi considerada a quantidade de água retida pelo solo na tensão de 6 kPa. Obteve-se a macroporosidade pela diferença entre a porosidade total e a microporosidade (EMBRAPA, 1997).

Determinou-se a umidade no ponto de inflexão da curva de retenção da água do solo (qi) de acordo com Dexter & Bird (2001) por:

O índice S, que é a declividade da curva de retenção da água do solo em seu ponto de inflexão, foi calculado segundo Dexter (2004) por:

Estabeleceram-se, também, correlações múltiplas entre a umidade na capacidade de campo expressa à base de massa, determinada com o valor estabelecido de p, e os teores de argila, silte, areia e matéria orgânica, para as 472 amostras de que se tinham essas informações.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Considerando-se as 745 amostras com dados de Ko, os valores de p iguais a 0,0100 e 0,0150 propiciaram valores de Tcc entre 63,1 e 44,1 h (Tabela 1), muito próximos da recomendação de Reichardt (1988) para profissionais em irrigação, de que a capacidade de campo seja determinada dois a três dias após o processo de molhamento do solo, quando o turno de rega for menor que dez dias.

Desta forma se consideraram, de início, os valores de p iguais a 0,0100 e 0,0150 no cálculo de θcc e hcc com a utilização da equação 4, para todas as 2242 amostras, separadas por classe textural. Observa-se que o uso desses valores de p resultou em valores de hcc entre 5,7 e 7,5 kPa, dependendo da textura do solo (Tabela 2).

Esses valores estão próximos do valor 6 kPa, que pode ser considerado alternativa viável para estimação da umidade na capacidade de campo, quando se tem a curva característica de retenção de água dos solos (Ferreira & Marcos, 1983; Andrade et al., 1991). Mello et al. (2002) verificaram que o limite superior da água disponível correspondeu a 6 kPa, sendo estatisticamente igual ao ponto de inflexão da curva característica de retenção, quando o modelo de ajuste da curva de retenção de água do solo se tratar de uma polinomial cúbica.

Em um solo de textura argilosa, Dardengo et al. (2005) determinaram o valor de 0,396 m³ m^-3 para a capacidade de campo, pelo método direto em vasos, valor bem próximo da média de 0,401 m³ m^-3 obtida com p = 0,0100 (Tabela 2). Souza et al. (2000) obtiveram, em solo de textura média e pelo método direto em casa de vegetação, o valor de 0,347 m³ m^-3, valor próximo à média 0,354 m³ m^-3 informada nesta tabela para o mesmo valor de p. Em solo de textura arenosa, Fabian & Ottoni Filho (2000) encontraram, na determinação in situ, o valor médio de 0,210 m³ m^-3 no perfil de 0,60 m, próximo ao valor médio obtido com p = 0,0100; já Souza et al. (2002) determinaram a capacidade de campo de um solo arenoso pelo método direto em casa de vegetação e encontraram o valor de 0,254 m³ m^-3, mais próximo da média de capacidade de campo para p = 0,0150, que foi 0,249 m³ m^-3 (Tabela 2).

Apresenta-se, na Tabela 3, a comparação entre umidades na capacidade de campo medidas por diferentes metodologias e as obtidas com a aplicação da equação 4, para p = 0,0100 e p = 0,0150. A correlação entre θcc medida e a estimada com p = 0,0100 foi expressa pela equação θcc estimada = 1,090 θcc medida, R² = 0,83**. Para p = 0,0150, a equação foi θcc estimada = 1,125 θcc medida, R² = 0,83**. Observou-se tendência dos valores de capacidade de campo estimados se aproximarem mais dos valores medidos quando se utilizou p = 0,0100.

Prevedello (1999) verificou, para uma Terra Roxa Estruturada, que os valores de umidade ou tempo na capacidade de campo pouco diferiram para p = 0,0150 ou 0,0100. Com base neste resultado e no obtido para um Latossolo Vermelho-Amarelo fase arenosa, o autor concluiu que a adoção de t como sendo 1% do valor Ko, tanto para o solo homogêneo quanto para o heterogêneo, foi capaz de estimar a umidade na capacidade de campo com valores bem próximos daqueles observados em condições de campo. A comparação entre os resultados obtidos no presente trabalho e os dados da literatura, corrobora com esta assertiva.

Considerando-se todas as 2242 amostras, as correlações entre θcc determinada pela equação 4 para p = 0,0100, e os atributos físico-hídricos que propiciaram os mais altos valores de R², foram:

a) Para uma variável independente

θcc = 1,0167qi - 0,0418, R² = 0,92**

b) Para duas variáveis independentes

θcc = 1,5663qi - 0,5207Pt - 0,0063, R² = 0,98**

c) Para três variáveis independentes

θcc = 1,4345qi - 0,4038Pt - 0,1365S - 0,0036, R² = 0,99**

d) Para quatro variáveis independentes

θcc = 1,4476qi - 0,4129Pt - 0,1498S - 0,0099Ds + 0,0095, R² = 0,99**

Verifica-se que, quando se considerou apenas uma variável independente, a melhor correlação foi com qi, o que corrobora com a proposição de Ferreira & Marcos (1983) e Mello et al. (2002) de considerarem a umidade no ponto de inflexão da curva de retenção de água no solo como a capacidade de campo. Fabian & Ottoni Filho (2000), testando equações com uma, três e cinco variáveis independentes para estimar a capacidade de campo de um Podzólico Vermelho-Amarelo, constataram que o menor erro relativo foi obtido com a equação que considerava apenas uma variável, a microporosidade (mp). No presente trabalho e apesar da correlação entre θcc e mp ser altamente significativa (θcc = 0,7519 mp + 0,098, R² = 0,57**), o coeficiente de determinação foi menor do que quando se consideraram outros atributos, significando que considerar a umidade na tensão de 6 kPa como igual à capacidade de campo, pode não corresponder à realidade. Observou-se, ainda, que o uso de duas variáveis independentes, qi e Pt, foi suficiente para explicar a quase totalidade da variabilidade de θcc.

As correlações entre a umidade na capacidade de campo determinada pela equação 4 para p = 0,0100 e expressa à base de massa (Ucc), e os teores de argila (Ag), silte (Silt), areia (Ar) e matéria orgânica (MO) que propiciaram os mais altos valores de R², considerando-se as 472 amostras de solo, foram:

a) Para uma variável independente

Ucc = 0,0023Ag + 0,2192, R² = 0,61**

b) Para duas variáveis independentes

Ucc = 0,0019Ag + 0,0024Silt + 0,2143, R² = 0,70**

Ucc = 0,0020Ag + 0,0145MO + 0,2025, R² = 0,70**

c) Para três variáveis independentes

Ucc = 0,0018Ag + 0,0019Silt + 0,0111MO + 0,2026, R² = 0,75**

d) Para quatro variáveis independentes

Ucc = 0,0026Ag + 0,0025Silt + 0,0011Ar + 0,0108MO + 0,1253, R² = 0,77**

Silva et al. (2008) verificaram forte influência da argila na retenção de água de um Latossolo Vermelho, sendo o único componente textural usado para ajustar funções de pedotransferência. Giarola et al. (2002) encontraram o valor de R² = 0,79 para a correlação entre a umidade na capacidade de campo e os teores de argila e de silte de solos da região Sul do Brasil.

Verifica-se que o uso de três variáveis independentes, Ag, Silt e MO, já explica suficientemente a variabilidade de Ucc, não sendo relevante a adição do teor de areia na equação de regressão. Como os valores do coeficiente de determinação não foram muito altos, recomenda-se cautela no uso dessas equações de pedotransferência.

CONCLUSÕES

1. É possível estimar a umidade na capacidade de campo a partir de equação baseada na curva de retenção de água do solo, considerando-se a taxa de drenagem como sendo 1% do valor da condutividade hidráulica saturada em cada horizonte do perfil do solo ou em solos homogêneos.

2. A umidade na capacidade de campo também pode ser estimada em função da umidade no ponto de inflexão da curva de retenção de água e da porosidade total para cada horizonte do solo.

3. Para uma taxa de drenagem equivalente a 1% do valor da condutividade hidráulica saturada do solo, a tensão de água no solo correspondente à umidade na capacidade de campo se situou entre 6,5 e 7,5 kPa.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao pesquisador da Embrapa Cerrados, Dr. Euzébio Medrado da Silva, pelas informações fornecidas sobre análises fisico-hídricas de amostras de solo armazenadas no banco de dados dessa instituição.

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Protocolo 059.10 – 07/04/2010

Aprovado em 29/11/2010

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  31 Jan 2011
• Data do Fascículo
  Fev 2011

Histórico

• Recebido
  07 Abr 2010
• Aceito
  29 Nov 2010