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Método convencional e "bootstrap" para estimar o número de observações na determinação dos parâmetros da função K(Θ)

Conventional and bootstrap methods for the estimation of the number of observations that determine K(Θ) function parameters

Resumos

A variabilidade natural do solo dificulta a obtenção de valores que representem adequadamente as propriedades do solo em determinada área. O conhecimento do número mínimo de observações, que devem ser realizadas para representar, com um erro aceitável, uma propriedade ou característica do solo, é fundamental para que os resultados experimentais possam ser aplicados com segurança. No presente trabalho, comparou-se o método convencional (teste-t) com o método "bootstrap", com vistas em estimar o número de observações necessárias para calcular os parâmetros que caracterizam a relação entre a condutividade hidráulica e o teor de água do solo, determinada pelo método do perfil instantâneo. Realizou-se um experimento de drenagem num Latossolo Vermelho-Amarelo em Piracicaba (SP), numa parcela experimental com 45 pontos de observação distanciados de 1 m entre si. Observaram-se a umidade (com TDR) e o potencial mátrico (com tensiômetros) durante três semanas de redistribuição da água. Após processamento dos dados, o conjunto de valores mostrou uma distribuição não-normal, fazendo-se necessária a eliminação de "outliers" para a aplicação do método convencional, normalizando a distribuição. Assim, o uso do método tradicional só é recomendado após a confirmação da pertinência da eliminação dos "outliers". Ambos os métodos de análise requerem grande número de repetições, reafirmando que determinações da função condutividade hidráulica com poucas repetições não podem ser extrapoladas para áreas maiores.

condutividade hidráulica; variabilidade; "bootstrap"


Natural variability of soils makes it difficult to obtain values that adequately represent the soil properties within a certain area. The establishment of a minimum number of observations necessary to represent a soil property (with an acceptable error) is fundamental for the reliability of experimental results. In the present paper, the conventional t-test method has been compared with the bootstrap method, in order to estimate the number of observations needed to calculate the parameters that characterize the relation between hydraulic conductivity and soil water content, determined by the instantaneous profile method. A drainage experiment was realized in a red-yellow Oxisol (Hapludox) in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, on an experimental plot with 45 observation points in a straight line with a distance of one meter between points. Soil moisture was measured by TDR and the matric potential by tensiometers during three weeks of water redistribution. After data-processing, the parameters of the K(è) function presented a non-normal distribution and outliers had to be eliminated in order to normalize the data set for the t-test application. Therefore, the conventional method should only be used if the elimination of outliers is supposedly reasonable. Both analysis methods indicated the need of a high number of repetitions, reaffirming that hydraulic conductivity functions based on few repetitions should not be extrapolated to larger areas.

hydraulic conductivity; variability; bootstrap


SEÇÃO I - FÍSICA DO SOLO

Método convencional e "bootstrap" para estimar o número de observações na determinação dos parâmetros da função K(Θ)(1 (1 ) Parte da Tese de Doutorado do primeiro autor, apresentada à Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" - ESALQ/USP. )

Conventional and bootstrap methods for the estimation of the number of observations that determine K(Θ) function parameters

J. F. Melo FilhoI; P. L. LibardiII, III; Q. de Jong Van LierII, III; J. E. CorrenteII

IProfessor da Escola de Agronomia, Universidade Federal da Bahia - UFBa. CEP 44380-000 Cruz das Almas (BA). E-mail: jfmelo@esalq.usp.br

IIProfessor do Departamento de Ciências Exatas, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz - ESALQ/USP. Caixa Postal 9, CEP 13418-970 Piracicaba (SP). E-mail: pllibard@esalq.usp.br

IIIBolsista do CNPq

RESUMO

A variabilidade natural do solo dificulta a obtenção de valores que representem adequadamente as propriedades do solo em determinada área. O conhecimento do número mínimo de observações, que devem ser realizadas para representar, com um erro aceitável, uma propriedade ou característica do solo, é fundamental para que os resultados experimentais possam ser aplicados com segurança. No presente trabalho, comparou-se o método convencional (teste-t) com o método "bootstrap", com vistas em estimar o número de observações necessárias para calcular os parâmetros que caracterizam a relação entre a condutividade hidráulica e o teor de água do solo, determinada pelo método do perfil instantâneo. Realizou-se um experimento de drenagem num Latossolo Vermelho-Amarelo em Piracicaba (SP), numa parcela experimental com 45 pontos de observação distanciados de 1 m entre si. Observaram-se a umidade (com TDR) e o potencial mátrico (com tensiômetros) durante três semanas de redistribuição da água. Após processamento dos dados, o conjunto de valores mostrou uma distribuição não-normal, fazendo-se necessária a eliminação de "outliers" para a aplicação do método convencional, normalizando a distribuição. Assim, o uso do método tradicional só é recomendado após a confirmação da pertinência da eliminação dos "outliers". Ambos os métodos de análise requerem grande número de repetições, reafirmando que determinações da função condutividade hidráulica com poucas repetições não podem ser extrapoladas para áreas maiores.

Termos de indexação: condutividade hidráulica, variabilidade, "bootstrap"

SUMMARY

Natural variability of soils makes it difficult to obtain values that adequately represent the soil properties within a certain area. The establishment of a minimum number of observations necessary to represent a soil property (with an acceptable error) is fundamental for the reliability of experimental results. In the present paper, the conventional t-test method has been compared with the bootstrap method, in order to estimate the number of observations needed to calculate the parameters that characterize the relation between hydraulic conductivity and soil water content, determined by the instantaneous profile method. A drainage experiment was realized in a red-yellow Oxisol (Hapludox) in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, on an experimental plot with 45 observation points in a straight line with a distance of one meter between points. Soil moisture was measured by TDR and the matric potential by tensiometers during three weeks of water redistribution. After data-processing, the parameters of the K(è) function presented a non-normal distribution and outliers had to be eliminated in order to normalize the data set for the t-test application. Therefore, the conventional method should only be used if the elimination of outliers is supposedly reasonable. Both analysis methods indicated the need of a high number of repetitions, reaffirming that hydraulic conductivity functions based on few repetitions should not be extrapolated to larger areas.

Index terms: hydraulic conductivity, variability, bootstrap.

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AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à FAPESP, pelo auxílio concedido para a execução deste projeto de pesquisa (processo número 99/02130-0).

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em dezembro de 2001

Aprovado em setembro de 2002

  • AMADOR, J.A.; WANG, Y.; SAVIN, M.C. & GÖRRES, JH. Fine-scale spatial variability of physical and biological soil properties in Kingston, Rhode Island. Geoderma, 98:83-94, 2000.
  • ANDERSON, S.H. & CASSEL, D.K. Statistical and autoregressive analysis of physical properties of Portsmouth sandy loam. Soil Sci. Soc. Am. J., 50:283-287, 1986.
  • CHUNG, H; LEE, K. & KOO, J. A note on bootstrap model selection criterion. Stat. Prob.Letters, 26:35-41, 1996.
  • DANE, J.H.; REED, R.B. & HOPMANS, J.W. Estimating soil parameters and sample size by bootstapping. Soil Sci. Soc. Am. J., 50:283-287, 1986.
  • EFRON, B. & TIBSHIRANI, R.J. An introduction to the bootstrap. London, Chapman and Hall, 1993. 436p.
  • FALLEIROS, M.C.; PORTEZAN, O.; OLIVEIRA, J.C.M.; BACCHI, O.O.S. & REICHARDT, K. Spatial and temporal variability of soil hydraulic conductivity in relation to soil water distribution, using an exponential model. Soil Technol., 45:279-285, 1998.
  • HAMLET, J.M.; HORTON, R. & CRESSIE, N.A.C. Resistant and exploratory techniques for use in semivariogram analysis. Soil Sci. Soc. Am. J., 50:868-875, 1986.
  • HILLEL, D.; KRENTOS, V.D. & STYLIANOU, Y. Procedure and test of an internal drainage method for measuring soil hydraulic characteristics in situ. Soil Sci., 114:395-400, 1972.
  • HENDRICKX, J.M.H. & WIERENGA, P.J. Variability of soil water tension in a trickle irrigated Chile pepper field. Irrig. Sci., 11:23-30, 1990.
  • JHUN, M. & JEONG, H. Applications of bootstrap methods for categorical data analysis. Comp. Stat. Data Anal., 35:83-91, 2000.
  • JONES, T.A. Skewness and curtosis as criteria of normality in observed frequency distributions. J. Sedim. Petr., 39:1322-1627, 1969.
  • JONG VAN LIER, Q. & LIBARDI, P.L. Variabilidade dos parâmetros da relação entre condutividade hidráulica e umidade do solo determinada pelo método do perfil instantâneo. R. Bras. Ci. Solo, 23:1005-1014, 1999.
  • 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.; MANFRON, P.A.; MORAES, S.O. & TUON, R.L. Variabilidade da umidade gravimétrica de um solo hidromórfico. R. Bras. Ci. Solo, 20:1-12, 1996.
  • McBRATNEY, A.B. & WEBSTER R. How many observations are needed for regional estimation of soil properties? Soil Sci., 135:177-183, 1983.
  • MULLA, D.J. & McBRATNEY, A.B. Soil spatial variability. In: SUMNER, M.E., ed. Handbook of soil science. New York, CRC Press, 2000. p.321-352.
  • NIELSEN, D.R.; BIGGAR, J.W. & ERH, K.T. Spatial variability of field measured soil water properties. Hilgardia, 42:215-259, 1973.
  • SANTOS, H.L. & VASCONCELOS, C.A. Determinação do número de amostras de solo para análise química em diferentes condições de manejo. R. Bras. Ci. Solo, 11:97-100, 1987.
  • SCHAAP, M.G. & LEIJ, F.J. Using neural networks to predict soil water retention and soil conductivity. Soil Till. Res., 47:37-42, 1998.
  • STAT SOFT. Statistica for Windows, v.4.3. Tulsa, Stat Soft, 1993.
  • STATISTICAL SCIENCE. S-Plus for Windows: user's manual. Seattle, 1993. 2v.
  • VIEIRA, S.R.; NIELSEN, D.R. & BIGGAR, J.W. Spatial variability of field-measured infiltration rate. Soil Sci. Soc. Am. J., 45:1040-1048, 1981.
  • VENKOVSKY, R.; DIAS, C.T.S.; DEMÉTRIO, C.G.B.; LEANDRO, R.A. & PIEDADE, S.M.S. Reamostragem por "bootstrap" na estimação de parâmetros baseados em marcadores genéticos. In: ENCONTRO SOBRE TEMAS DE GENÉTICA E MELHORAMENTO, 14., Piracicaba, 1997. Anais. Piracicaba, ESALQ, 1997. p.59-72.
  • 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.
  • (1
    ) Parte da Tese de Doutorado do primeiro autor, apresentada à Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" - ESALQ/USP.
  • Datas de Publicação

    • Publicação nesta coleção
      29 Set 2014
    • Data do Fascículo
      Dez 2002

    Histórico

    • Aceito
      Set 2002
    • Recebido
      Dez 2001
    Sociedade Brasileira de Ciência do Solo Secretaria Executiva , Caixa Postal 231, 36570-000 Viçosa MG Brasil, Tel.: (55 31) 3899 2471 - Viçosa - MG - Brazil
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