Critérios para determinação da capacidade de vaso

Criteria for pot capacity determination

Resumos

A capacidade de campo ou seu equivalente para culturas em vaso, a "capacidade de vaso", é um dado importante para o manejo da irrigação. O objetivo deste trabalho foi determinar, em vasos preenchidos com material de dois solos diferentes (um argiloso e um de textura média), o teor de água e a taxa de perda de água em função do tempo e, a partir dessas determinações, estabelecer valores para a capacidade de vaso a partir de diferentes critérios. Conclui-se que o teor de água final extrapolado da curva observada teta-t é um bom estimador da capacidade de vaso, especialmente para os casos em que a tolerância de perda de água é pequena. Não é recomendável estimar a capacidade de vaso com base em valores "tradicionais" de potencial matricial ou de tempo de drenagem, pois os valores são superestimados em relação aos teores obtidos com base na curva teta-t e correspondem a altas taxas de redução de teor de água.

água no solo; cultivo em vasos; manejo da irrigação

SEÇÃO I - FÍSICA DO SOLO

Critérios para determinação da capacidade de vaso

Criteria for pot capacity determination

Derblai Casaroli^I; Quirijn de Jong van Lier^II

^IDoutorando do PPG em Física do Ambiente Agrícola, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz– ESALQ. Caixa Postal 09, Av. Pádua Dias 11, CEP 13418-900 Piracicaba (SP). E-mail [e-mail]

^IIProfessor do Departamento de Ciências Exatas, ESALQ/USP. E-mail [e-mail]

RESUMO

A capacidade de campo ou seu equivalente para culturas em vaso, a "capacidade de vaso", é um dado importante para o manejo da irrigação. O objetivo deste trabalho foi determinar, em vasos preenchidos com material de dois solos diferentes (um argiloso e um de textura média), o teor de água e a taxa de perda de água em função do tempo e, a partir dessas determinações, estabelecer valores para a capacidade de vaso a partir de diferentes critérios. Conclui-se que o teor de água final extrapolado da curva observada q-t é um bom estimador da capacidade de vaso, especialmente para os casos em que a tolerância de perda de água é pequena. Não é recomendável estimar a capacidade de vaso com base em valores "tradicionais" de potencial matricial ou de tempo de drenagem, pois os valores são superestimados em relação aos teores obtidos com base na curva q-t e correspondem a altas taxas de redução de teor de água.

Termos de indexação: água no solo, cultivo em vasos, manejo da irrigação.

SUMMARY

The field capacity, or its equivalent for soils in pots, the "pot capacity", is an important parameter for irrigation management. We aimed to determine both water content and water loss as a function of time in pots filled with material of a clayey and a medium-textured soil. From these data the pot capacity water content was estimated using different criteria. It was concluded that the final water content extrapolated from the observed q-t curve is a good estimator of the pot capacity, especially in situations of low water loss tolerance. An estimation of the pot capacity according to "traditional" pressure heads or drainage times is not recommended, since the obtained values are overestimated, compared to the values obtained by the q-t curve and correspond to high reduction rates of the water content.

Index terms: irrigation management, pot plants, soil water.

INTRODUÇÃO

Capacidade de campo é conceituada como o teor de água que um solo sem vegetação e na ausência de evaporação retém contra a ação da gravidade, após plenamente saturado e deixado drenar livremente por um período de tempo – em média, de 1 a 3 d – em condições de campo (Veihmeyer & Hendrickson, 1931). O seu valor representa o teor de água máximo do solo para o qual a perda de água por drenagem é pequena. Significa quanta água é retida de uma chuva ou irrigação após a redistribuição ter atingido taxas desprezíveis. O valor da capacidade de campo é influenciado pelas propriedades hidráulicas do solo, pela sequência de seus horizontes e pelo teor inicial de água (Poulovassilis, 1983; Boedt & Verheye, 1985).

Além dos fatores mencionados, o valor da capacidade de campo é determinado também pela definição do tempo que decorre até se considerar a drenagem como insignificante. Uma coluna semi-infinita de solo perderá, na ausência de um lençol freático e passado tempo suficiente, toda a sua água por drenagem, não retendo nada contra a gravidade (Jury et al., 1991). Portanto, a água no solo na capacidade de campo não está em equilíbrio estático e o movimento descendente da água continua por vários dias ou mesmo meses (Hillel, 1980; Reichardt, 1988). Procedimentos de determinação da capacidade de campo mais fiéis ao conceito expressam-na em dependência de um valor de drenagem aceitável, como ilustrado em Campbell & Norman (1998).

O tempo para se considerar que a drenagem tenha atingido um valor desprezível é um critério subjetivo e varia entre diversos autores e situações: Salter & Haworth (1961) adotaram 68 h; Rivers & Shipp (1971) encontraram 48 h como critério de campo; e Marshall & Stirk (1949) determinaram 28 h para solos arenosos, 45 h para solos areno-argilosos e 120 h para solos argilosos.

Embora se saiba que o método in situ é insubstituível por método de laboratório (Medina & Oliveira, 1987), as dificuldades práticas do procedimento in situ, têm motivado as tentativas de se correlacionar empiricamente o teor de água na capacidade de campo com outros atributos do solo, como textura, estrutura, teor de matéria orgânica, ou com propriedades físicas do solo, utilizando funções de pedotransferência, são freqüentemente encontradas na literatura. Uma das primeiras foi proposta por Richards & Weaver (1944), que constataram que o teor de água retida ao potencial matricial de -3,3 m possui alta correlação com a capacidade de campo. Eles também sugeriram outros potenciais (-0,1 m para solos orgânicos, -0,5 m para solos do Reino Unido, -1 m para solos de textura média e -10 m para solos de textura argilosa). Salter & Williams (1965a,b) demonstraram que o teor de água corresponde à capacidade de campo aumenta conforme a granulometria da terra mais fina. Diversos autores (Oliveira & Melo, 1971; Hollis et al., 1977; Ahuja et al., 1985; Saxton et al., 1986; Arruda et al., 1987; Epebinue & Nwadialo, 1994; Cemek et al., 2004; Nourbakhsh et al., 2005) procuraram correlacionar a retenção de água com a textura, densidade do solo e teor de matéria orgânica. Um estudo detalhado comparando o desempenho de 13 funções de pedotransferência para estimativa da capacidade de campo foi apresentado por Givi et al. (2004).

Para facilitar sua determinação, vários outros trabalhos realizados em laboratório com amostras deformadas e indeformadas objetivaram definir um determinado potencial matricial de água no solo, geralmente de -3,4 e -1 m, que fosse correspondente ao teor de água retida na capacidade de campo medida in situ. Richards (1949) encontrou valores de potencial matricial entre -0,294 e -1,47 m, enquanto Jamison & Kroth (1958), trabalhando com 127 perfis, encontraram valores entre -0,01 e -1 m. Colman (1946) estabeleceu o valor de -3,4 m, sendo o mais utilizado até o presente.

É importante verificar que essas estimativas baseiam-se numa impressão incompleta do que é a capacidade de campo – uma característica intrínseca do solo que não pode ser observada de forma estática por se tratar de um processo dinâmico (Reichardt, 1988). É óbvio que não pode haver consenso sobre a correta tensão associada à capacidade de campo para cada tipo de solo e sobre o tempo de drenagem para atingi-la (Oliveira & Melo, 1971; Reichardt, 1988), pois seu valor depende não somente das características do horizonte em questão, mas também de sua inserção no perfil do solo e do critério para se considerar a drenagem desprezível. Métodos que visam a determinação da capacidade de campo em amostras de solo, deformadas ou não, são, portanto, conceitualmente incorretos (Jong van Lier, 2000).

Analogamente ao conceito de capacidade de campo, em estudos ou práticas agrícolas com plantas cultivadas em vasos utiliza-se freqüentemente a "capacidade de vaso". O solo no vaso difere do solo em posição natural em vários aspectos: o vaso normalmente é preenchido com material peneirado, às vezes acrescido de um condicionador. A altura do vaso é muito inferior à de um perfil de solo normal, e não existe no vaso seqüência de horizontes. Outra diferença importante é que a condição de contorno do lado inferior de um vaso é diferente da observada no caso de um solo em sua posição natural – não há, no vaso, um potencial matricial do lado inferior, como é o caso de um solo na sua posição natural. Por essas razões, valores diferentes são esperados para a capacidade de vaso, mesmo para uma composição material idêntica. Determinações da capacidade de vaso foram utilizadas por Plaut et al. (1996) e Purcell et al. (2000). Como vasos são normalmente preenchidos com material misturado e peneirado e a condição de contorno do lado inferior é sempre a mesma (isto é: abertura para a atmosfera), a capacidade de vaso é mais facilmente padronizável que a capacidade de campo.

O objetivo deste trabalho foi estabelecer um critério para determinação da capacidade de vaso, para dois tipos de solos, a partir do teor de água e da taxa de perda de água em função do tempo.

MATERIAL E MÉTODOS

Um experimento foi instalado em laboratório, mantendo-se uma temperatura média de 22 °C. Foram utilizadas amostras de dois solos: um Argiloso Vermelho distrófico latossólico textura muito argilosa (AG) e um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico típico textura média (AR). Dados granulométricos de ambos os solos encontram-se no quadro 1. O ensaio foi realizado em seis vasos plásticos de 20 cm de altura, 4,0 L de volume e com área de drenagem de aproximadamente 3 cm², preenchendo-se três vasos com 4,88 kg de solo (AG) e três com 5,64 kg (AR), de modo a obter densidades de 1.200 e 1.400 kg m^-3, respectivamente. Antes do preenchimento dos vasos, os solos foram secos ao ar e peneirados em peneira de malha de 5 mm.

A curva de retenção da água para os dois solos foi confeccionada a partir de oito amostras coletadas dos vasos. Obtiveram-se os teores de água nas tensões de 0,05; 0,20; 0,6; 1,0; 3,4; 10; 30; e 150 m, e aos valores observados foi ajustada a equação 1, proposta por van Genuchten (1980).

em que Q = (q – q_r)/(q_s – q_r), q, q_r e q_s são teor de água, teor de água residual e saturado (m³ m^-3), respectivamente, h é o potencial matricial (m) e a (m^-1) e n são parâmetros empíricos.

Os solos acomodados nos vasos foram colocados para saturar em uma caixa-d'água com volume de água equivalente a 2/3 da altura dos vasos. Dessa forma, os vasos foram mantidos por um período de 24 h, para que ocorresse a saturação completa. Logo após, eles foram cobertos com filme plástico, para evitar a evaporação, e colocados para drenar livremente, sendo medidas suas massas nos tempos zero e após 24, 36, 48, 60 e 72 h. A partir da gravimetria, obtiveram-se os valores do teor de água no solo em cada tempo.

Aos pares de dados q-t ajustou-se a equação:

obtendo-se seus parâmetros q_f (m³ m^-3), q₀ (m³ m^-3) e t_c (h). O parâmetro q_f é o teor de água ao qual a curva tende quando t tende ao infinito; q₀, o teor de água inicial (em t = 0); e t_c, o intervalo de tempo em que o teor de água diminuído de q₀ reduz de um valor inicial para 1/e (» 0,368) vezes aquele valor.

A partir da equação 2, obtém-se:

Das equações 2 e 3 demonstra-se também que q em função de |dq /dt| equivale a:

Com base nos resultados do experimento de drenagem, a capacidade de vaso foi estimada de três formas: (a) pela taxa de decréscimo do teor de água |dq /dt|: o teor de água no momento em que |dq /dt| atinge 0,01 d^-1, 0,001 d^-1, 0,0001 d^-1 ou 0 d^-1 calculado pela equação 4; (b) pelo tempo decorrido: o teor de água a 24, 48 e 72 h após início do experimento de drenagem; e (c) pelo teor de água nos potenciais matriciais de -3,4 m (AG) e -1,0 m (AR), seguindo literatura de referência em irrigação (Salassier et al., 2006), calculado pela equação 1.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Curva de retenção

Os dados obtidos nas oito amostras por solo (médias e desvios-padrão) dos teores de água nos oito valores de potencial matricial para os dois solos estão no quadro 2. Observa-se que os valores de desvio-padrão estão todos inferiores a 0,02 m³ m^-3 e a maioria menor que 0,01 m³ m^-3, indicando baixa variabilidade entre as amostras, o que pode ser esperado no caso de material peneirado.

A equação de van Genuchten (Equação 1) ajustada, junto com os pontos observados e os parâmetros de ajuste da equação, é representada na figura 1.

Experimento de drenagem

Os resultados do experimento de drenagem são apresentados no quadro 3. O ajuste à equação 2 para ambos os solos pode ser observado na figura 2, com os respectivos parâmetros e coeficientes de determinação (R²). A partir desta figura e dos valores de R², verifica-se que a função ajustou-se muito bem aos valores observados. O desvio-padrão das observações nas três repetições foi baixo, geralmente em torno de 0,01 m³ m^-3 ou menor, correspondendo a um coeficiente de variação inferior a 3 %, exceto para os tempos maiores que 24 h no solo AR, onde os valores do desvio-padrão foram levemente superiores e os coeficientes de variação corresponderam a valores entre 4 e 8 %.

Pode-se verificar também, pelos valores de potencial matricial representados na figura 2, decréscimo de potencial mais acentuado no solo AG em relação ao AR. Esse fato se deve ao formato das respectivas curvas de retenção (Figura 1), uma vez que as curvas de decréscimo de teor de água não apresentam disparidade semelhante. Isso se deve, principalmente, ao maior número de microporos existentes em um solo de textura argilosa, em relação a um solo de textura arenosa, propiciando aos solos de textura fina maior capacidade de reter água a potenciais matriciais mais negativos. Conseqüentemente, e em conformidade com a literatura (Hillel, 1980; Reichardt, 1988; Jury et al., 1991; Campbell & Norman, 1998), o potencial matricial correspondente a um determinado tempo de drenagem – por exemplo, 48 h – possui valores mais negativos para solos de textura mais argilosa (Richards, 1949; Jamison & Kroth, 1958; Rivers & Shipp, 1971; Salassier et al., 2006).

Estimativa da capacidade de vaso

Para estimar a capacidade de vaso pelo critério da taxa de decréscimo do teor de água |dq/dt|, utilizou-se a equação 4 para obter os valores de teor de água correspondentes às respectivas taxas preestabelecidas. Os valores de q e a correspondência em h, |dq/dt| e tempo são apresentados nos quadro 4 (AG e AR). No mesmo quadro encontram-se os valores correspondentes aos critérios de tempo de drenagem e potencial matricial.

O critério da taxa de decréscimo é o que mais se aproxima do conceito de capacidade de campo (Veihmeyer & Hendrickson, 1931; Hillel, 1980; Reichardt, 1988; Jury et al., 1991; Campbell & Norman, 1998 ); no entanto, para sua aplicação deve-se decidir por uma taxa |dq/dt| considerada razoável. Observa-se no quadro 4, bem como na figura 3, que o teor de água para |dq/dt| = 0 é praticamente igual ao teor para |dq/dt| = 0,001 d^-1 e 0,0001 d^-1, tanto para o solo AG como para o AR. Um critério interessante seria definir a capacidade de campo/vaso quando |dq/dt|, por extrapolação, equivale a zero, isto é, quando q = q_f (Equação 4). Seu valor corresponde para o solo AG a um potencial matricial em torno de -8 m, enquanto o valor para o solo AR está em torno de -1,6 m. Confirma-se assim o potencial mais negativo no material mais argiloso (AG). É importante salientar que todos os valores correspondentes ao critério da taxa de decréscimo referem-se a valores extrapolados, cujos tempos estão acima dos 3 d de observação experimental.

Os potenciais matriciais freqüentemente utilizados como "padrão" (-3,4 e -1,0 m, respectivamente para solos argilosos e arenosos) são bem menos negativos que os estabelecidos pelo critério da taxa de decréscimo, ocasionando superestimativa no valor da taxa em torno de 2,5 a 3,5 % ao dia para os dois solos, o que pode ser considerado alto para muitas aplicações. Essa situação pode ser diferente do observado em condições de campo, onde é comum a ocorrência de impedimentos à drenagem, resultando em observações de valores para capacidade de campo com teores de água superiores. Assim, uma estimativa da capacidade de campo poderia beneficiar-se do conhecimento das condições de drenagem do solo.

Utilizando o critério de tempo de drenagem, observou-se que, mesmo para o tempo de 72 h e para o solo de textura média (AR), a taxa de decréscimo supera 0,01 d^-1. Além disso, e como era de se esperar, um mesmo tempo resulta em valores de |dq/dt| e de potenciais matriciais bem diferentes entre os dois materiais de solo estudados. Assim, padronizar a capacidade de campo (ou vaso) por um tempo de drenagem não parece recomendável, porém já foi indicado por alguns autores (Salter & Haworth, 1961; Rivers & Shipp, 1971; Marshall & Stirk, 1949). Para o tempo mais freqüentemente utilizado (48 h), as taxas |dq/dt| estão em torno de 4 % ao dia. Ainda, quando estimada com base em valores fixos de tempo de drenagem (24, 48 e 72 h), o valor da capacidade de vaso corresponde a taxas de redução de teor de água acima de 1 % ao dia.

Como já foi observado por outros autores (Souza & Reichardt, 1996), as caracterizações da capacidade de campo com o emprego de parâmetros estáticos, como valores fixos de potencial matricial, do teor de água ou do tempo de drenagem após a saturação, não apresentaram correlação que possa ser sistematizada, pois o tratamento estático deve dar lugar a uma abordagem dinâmica, à qual se refere esse processo (Reichardt, 1988; Jong van Lier, 2000).

CONCLUSÕES

1. O teor de água final extrapolado da curva observada q-t é um bom estimador da capacidade de vaso nos casos em que a tolerância de perda de água é pequena.

2. Não é recomendável estimar a capacidade de vaso com base em valores "tradicionais" de potencial matricial (-3,4 ou -1,0 m) ou de tempo de drenagem (24, 48 e 72 h), pois os valores obtidos são superestimados em relação aos teores estimados com base na curva q-t e correspondem a altas taxas de redução de teor de água (> 1 % ao dia).

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em março de 2007 e aprovado em agosto de 2007.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  25 Abr 2008
• Data do Fascículo
  Fev 2008

Histórico

• Aceito
  Ago 2007
• Recebido
  Mar 2007