Variabilidade dos parâmetros da equação que relaciona a condutividade hidráulica com a umidade do solo no método do perfil instantâneo

Jong van Lier, Q. de; Libardi, P. L.

doi:10.1590/S0100-06831999000400028

Resumos

A condutividade hidráulica é uma das mais importantes propriedades do solo para estudos que envolvem a infiltração da água, o movimento da água dentro do perfil, bem como para as raízes das plantas e para a drenagem interna. O conhecimento da função condutividade hidráulica versus umidade (K(θ)) é essencial para esses estudos; no entanto, a informação disponível sobre a variabilidade dos parâmetros empíricos dessa função é escassa. Com o objetivo de conhecer a variabilidade desses parâmetros, realizaram-se, neste trabalho, em doze locais do mesmo solo, observações da condutividade hidráulica em função da umidade do solo pelo método do perfil instantâneo, dentro de uma área de 1.000 m². A equação utilizada para K(θ) foi K = K0.exp[γ(θ-θ0)], em que K0 e θ0 são os valores de K e θ, respectivamente, para o tempo zero de redistribuição da água. As medições de umidade e potencial mátrico foram feitas ao longo de 50 dias, aproximadamente, em nove profundidades entre 0,2 e 1,0 m. Os resultados mostraram que coeficientes de variação em torno de dois a três foram obtidos para os valores de K0 na maioria das profundidades e que os valores de γ apresentaram coeficientes de variação menores, em torno de 0,2 a 0,5, maiores na superfície e menores em profundidade. Concluiu-se que os valores de umidade versus tempo ajustaram-se muito bem a uma equação potencial e os de potencial total versus profundidade muito bem a uma equação polinomial de segundo grau. Os resultados indicaram que a relação de K versus θ, determinada pelo método do perfil instantâneo em uma área de alguns metros quadrados, não foi representativa de área muito maior.

Equação de Richards; tensiômetros; sonda de nêutrons

Hydraulic conductivity is one of the most important soil properties for studies dealing with infiltration, water movement within the soil profile and to plant roots and internal drainage. The availability of the function hydraulic conductivity x soil water content (K(θ)) is essential to these studies. However, little is known about the variability of the empirical parameters of this function. Aiming to contribute with information on the variability of these parameters, a study is described in which observations of hydraulic conductivity as a function of soil water content by the instantaneous profile method were made in twelve locations within an area of 1000 m². The equation used for K(θ) was K = K0.exp[γ(θ-θ0)], in which K0 and θ0 are K and θ values, respectively, for zero time of water redistribution. The measurements of soil water content and matric potential were performed for about 50 days in nine depths between 0.2 and 1.0 m. Results show coefficients of variation of about two to three for the majority of depths for the K0 values, while values for γ showed lower variation coefficients, between 0.2 and 0.5, the higher occurring close to the surface and the lower ones at greater depths. It is concluded that soil water content data fit very well to time by a potential equation, while total water potential fits very well to depth by a second order polynomial equation. Results suggest that a relationship between K and θ, determined by the instantaneous profile method in an area of a few square meters, is not representantive for a much larger area than that where it was determined.

Richards' equation; tensiometers; neutron probe

NOTA

Q. de Jong van Lier^I; P. L. Libardi^II

^IProfessor Doutor do Departamento de Ciências Exatas, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz - ESALQ/USP. Caixa Postal 9, CEP 13418-900 Piracicaba (SP). Bolsista do CNPq

^IIProfessor Titular do Departamento de Ciências Exatas, ESALQ/USP. Bolsista do CNPq

RESUMO

A condutividade hidráulica é uma das mais importantes propriedades do solo para estudos que envolvem a infiltração da água, o movimento da água dentro do perfil, bem como para as raízes das plantas e para a drenagem interna. O conhecimento da função condutividade hidráulica versus umidade (K(θ)) é essencial para esses estudos; no entanto, a informação disponível sobre a variabilidade dos parâmetros empíricos dessa função é escassa. Com o objetivo de conhecer a variabilidade desses parâmetros, realizaram-se, neste trabalho, em doze locais do mesmo solo, observações da condutividade hidráulica em função da umidade do solo pelo método do perfil instantâneo, dentro de uma área de 1.000 m². A equação utilizada para K(θ) foi K = K₀.exp[γ(θ-θ₀)], em que K₀ e θ₀ são os valores de K e θ, respectivamente, para o tempo zero de redistribuição da água. As medições de umidade e potencial mátrico foram feitas ao longo de 50 dias, aproximadamente, em nove profundidades entre 0,2 e 1,0 m. Os resultados mostraram que coeficientes de variação em torno de dois a três foram obtidos para os valores de K₀ na maioria das profundidades e que os valores de γ apresentaram coeficientes de variação menores, em torno de 0,2 a 0,5, maiores na superfície e menores em profundidade. Concluiu-se que os valores de umidade versus tempo ajustaram-se muito bem a uma equação potencial e os de potencial total versus profundidade muito bem a uma equação polinomial de segundo grau. Os resultados indicaram que a relação de K versus θ, determinada pelo método do perfil instantâneo em uma área de alguns metros quadrados, não foi representativa de área muito maior.

Termos de indexação: Equação de Richards, tensiômetros, sonda de nêutrons.

SUMMARY

Hydraulic conductivity is one of the most important soil properties for studies dealing with infiltration, water movement within the soil profile and to plant roots and internal drainage. The availability of the function hydraulic conductivity x soil water content (K(θ)) is essential to these studies. However, little is known about the variability of the empirical parameters of this function. Aiming to contribute with information on the variability of these parameters, a study is described in which observations of hydraulic conductivity as a function of soil water content by the instantaneous profile method were made in twelve locations within an area of 1000 m². The equation used for K(θ) was K = K₀.exp[γ(θ-θ₀)], in which K₀ and θ₀ are K and θ values, respectively, for zero time of water redistribution. The measurements of soil water content and matric potential were performed for about 50 days in nine depths between 0.2 and 1.0 m. Results show coefficients of variation of about two to three for the majority of depths for the K₀ values, while values for γ showed lower variation coefficients, between 0.2 and 0.5, the higher occurring close to the surface and the lower ones at greater depths. It is concluded that soil water content data fit very well to time by a potential equation, while total water potential fits very well to depth by a second order polynomial equation. Results suggest that a relationship between K and θ, determined by the instantaneous profile method in an area of a few square meters, is not representantive for a much larger area than that where it was determined.

Index terms: Richards' equation, tensiometers, neutron probe.

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LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em janeiro de 1999

Aprovado em junho de 1999

BOUMA, J.; JONGMANS, A. & STEIN, A. Characterizing spatially variable hydraulic properties of a boulder clay deposit in the Netherlands. Geoderma, 45:19-29, 1989.
FREIRE, J.C. Condutividade hidráulica e capacidade de campo de Latossolo Roxo distrófico não saturado. R. Bras. Ci. Solo, 3:73-77, 1979.
GARDNER, W.R. & EHLIG, C.F. Some observations on the movement of water to plant roots. Agron. J., 54:453-456, 1962.
GOVINDARAJU, R.S.; KAVVAS, M.L.; ROLSTON, D.E. & BIGGAR, J. Error analyses of simplified unsaturated flow models under large uncertainty in hydraulic properties. Water Res. Res., 28:2913-2924, 1992.
HAINSWORTH, J.M. & AYLMORE, L.A.G. Water extraction by single plant roots. Soil Sci. Soc. Am. J., 50:841-848, 1986.
HAINSWORTH, J.M. & AYLMORE, L.A.G. Non-uniform soil water extraction by plant roots. Plant Soil, 113:121-124, 1989.
HILLEL, D.A.; KRENTOS, V.K. & STILIANOV, Y. Procedure and test of an internal drainage method for measuring soil hydraulic characteristics in situ. Soil Sci., 114:395-400, 1972.
JONG van LIER, Q. & LIBARDI, P.L. Extraction of soil water by plants: development and validation of a model. R. Bras. Ci. Solo, 21:535-542, 1997.
KUNZE, R.J. & NIELSEN, D.R. Comparison of soil water infiltration profiles obtained experimentally and by solution of Richards equation. Soil Sci., 135:342-349, 1983.
LIBARDI, P.L.; REICHARDT, K.; NIELSEN, D.R. & BIGGAR, J.W. Simplified field methods for estimating the unsaturated hydraulic conductivity. Soil Sci. Soc. Am. J., 44:3-6, 1980.
LIBARDI, P.L. & SAAD, A.M. Balanço hídrico em cultura de feijão irrigada por pivô central em Latossolo Roxo. R. Bras. Ci. Solo, 18:529-532, 1994.
LOGSDON, S.D. & JAYNES, D.B. Spatial variability of hydraulic conductivity in a cultivated field at different times. Soil Sci. Soc. Am. J., 60:703-709, 1996.
MORAES, S.O. & LIBARDI, P.L. Variabilidade da água disponível de uma Terra Roxa Estruturada latossólica. Sci. Agric., 50:404-412, 1993.
MORAES, S.O.; LIBARDI, P.L. & MARCIANO, C.R. Seleção da curva de calibração de sonda de nêutrons mais adequada ao longo do perfil do solo. R. Bras. Ci. Solo, 1999.
REYNOLD, W.D. & ZEBCHUK, W.D. Hydraulic conductivity in a clay soil: two measurement techniques and spatial characterization. Soil Sci. Soc. Am. J., 60:1679-1685, 1996.
RUSSO, D.; RUSSO, I. & LAUFER, A. On the spatial variability of parameters of the unsaturated hydraulic conductivity. Water Res. Res., 33,947-956, 1997.
SWARTZENDRUBER, D. A quasi-solution of Richards equation for the downward infiltration of water into soil. Water Res. Res., 23:809-817, 1987.
VIEIRA, S.R.; NIELSEN, D.R. & BIGGAR, J.W. Spatial variability of field-measured infiltration rate. Soil Sci. Soc. Am. J., 45:1040-8, 1981.
WARRICK, A.W. & NIELSEN, D.R. Spatial variability of soil physical properties in the field. In: HILLEL, D., ed. Applications of soil physics. New York, Academic Press, 1980. p.319-344.
WATSON, K.K. An instantaneous profile method for determining the hydraulic conductivity of unsaturated porous materials. Water Res. Res., 2:709-15, 1966
WEBSTER, R. & OLIVER, M.A. Sample adequately to estimate variograms of soil properties. J. Soil Sci., 43:177-192, 1992.
WOLFE, M.L.; LARSON, C.L. & ONSTAD, C.A. Hydraulic conductivity and Green-Ampt Infiltration modeling for tilled soils. Trans. Am. Sci. Agric. Eng., 31:1135-1140, 1988.