Atenuação da radiação gama no estudo da distribuição de partículas em solo sob floresta e cana-de-açúcar

Gamma radiation attenuation to study soil particle distribution for forest and sugar cane soils

ENERGIA NUCLEAR NA AGRICULTURA

Atenuação da radiação gama no estudo da distribuição de partículas em solo sob floresta e cana-de-açúcar¹

Gamma radiation attenuation to study soil particle distribution for forest and sugar cane soils

J.C.M. de OliveiraI,²; K. ReichardtI, ³; C.M.P. Vaz^II

^ICentro de Energia Nuclear na Agricultura/USP, C.P. 96, CEP:13400-970 - Piracicaba,SP

^IICNPDIA/EMBRAPA, C.P.741, CEP.-13560-970 - São Carlos,SP

RESUMO

É apresentado o uso de uma nova metodologia de análise da distribuição de tamanho de partículas de solo, em amostras de terra sob floresta nativa e submetido ao cultivo de cana-de-açúcar por 16, 30 e 50 anos consecutivos. A técnica para análise granulométrica do solo baseia-se na atenuação de um feixe de radiação gama, por uma suspensão convencional terra/água em sedimentação. Os resultados indicam uma diferença significativa dos teores de argila nas camadas superficiais do solo em função do cultivo com cana-de-açúcar.

Descritores: análise granulométrica do solo, atenuação da radiação gama, sedimentação, cultivo do solo

ABSTRACT

The use of a new soil particle size distribution analysis methodology is presented in connection with the study of particle size distribution in soils covered by natural forest and sugar cane crop cultivated during 16, 30 and 50 years, continuously. The technique is based on the attenuation of a gamma-ray beam by a conventional soil/water suspension under sedimentation. Results show a significant difference in clay content for the upper soil layer as a function of sugar cane cultivation.

Key words: soil particle analysis, gamma attenuation, sedimentation, soil management

INTRODUÇÃO

As partículas do solo após sua análise granulométrica são classificadas, quanto ao tamanho, em três classes: argila, silte e areia. Essas partículas podem, por meio de agentes cimentantes, se agrupar formando agregados e a disposição de partículas e agregados define a estrutura do solo.

A utilização de equipamentos pesados para o manejo das culturas agrícolas, por longos períodos, pode causar a modificação da estrutura do solo, principalmente na sua superfície, afetando a ação de todos os tipos de perdas por migrações de partículas.

O objetivo deste trabalho foi verificar possíveis variações da fração argila de um latosso-vermelho escuro, em quatro situações distintas do uso da terra. Uma situação envolve área coberta por vegetação nativa e as outras três, desmatadas há dezesseis, trinta e cinqüenta anos, cultivadas exclusiva e continuamente com cana-de-açúcar. Estas situações foram escolhidas, por necessitarem de medidas precisas de tamanho de partículas, sendo ideais para o uso da nova metodologia que emprega a atenuação de um feixe de radiação gama.

MATERIAL E MÉTODOS

O local do presente estudo situa-se na Usina Capuava S/A, no município de Piracicaba,SP (22° 43' S; 47° 38' W), no sudeste do Brasil. O solo, descrito por CERRI et al. (1991), é um latossolo vermelho escuro, no qual foram individualizadas quatro situações (tratamentos): uma coberta com vegetação nativa (floresta) e outras três, desmatadas há 16, 30 e 50 anos, cultivadas exclusiva e continuamente com cana-de-açúcar. Nas condições da usina, a cada ciclo de quatro anos, toda a cultura é reformada, com arações feitas, inicialmente, por tração animal e, atualmente, por tração mecânica, incluindo sub-solagens. As quatro áreas em estudo distam entre si, no máximo, 500m, representando um mesmo solo. As amostragens do solo foram realizadas nas quatro trincheiras, uma em cada tratamento, até 1m de profundidade, a cada l0cm, procurando obter-se amostras compostas representativas. O baixo número de trincheiras limita a análise dos dados face à variabilidade espacial natural dos solos, permite porém a aplicação da nova metodologia, que é o principal objetivo deste trabalho.

Para a obtenção da distribuição de tamanho de partículas do solo foi utilizado um método baseado na atenuação de um feixe de raios gama (VAZ et al., 1992 e OLIVEIRA, 1994). O equipamento utilizado consiste de uma fonte de ²⁴¹ Am(300 mCi), um detector de cristal cintilador de Nal(T1) e um conjunto eletrônico padrão para medida e contagem da radiação gama.

No início da sedimentação (t = t0 = 0), o feixe de radiação é posicionado próximo à base do recipiente(h0) e a primeira leitura é feita em um intervalo de tempo (Dt=15s), pré-estabelecido. Em seguida, o recipiente é baixado com incrementos de Dh, procedendo-se outras leituras h₁ até à proximidade da superfície da suspensão(h_n). Neste trabalho, cada contagem foi feita em 15s para cada altura h₁(Dh=5mm), em intervalos de 30s. Desta forma, 15s foram gastos para a contagem do feixe e 15s para baixar a amostra de Ah. Nestas condições, para um dado tempo tn > ti >t0(s), após o início da sedimentação, deverão existir apenas partículas de diâmetro menor que d₁(cm) numa certa altura hi(cm), medida a partir da superfície da solução (equação de Stokes):

onde h(poise) é a viscosidade do líquido; g(cm/s²) a aceleração da gravidade; D_p e D₁ (g/cm³) as densidades das partículas e do líquido, respectivamente.

A concentração C(g/l), medida pela atenuação dos raios gama, num dado tempo t₁(s) e

altura h_i(cm) é dada por:

onde X(cm) é a espessura interna do recipiente atravessada pela radiação; m_p e m_w (cm²/g) os coeficientes de atenuação de massa do solo e da água, respectivamente e D_p (g/cm³) e D_w (g/cm³) a densidade das partículas do solo e da água. As contagens I₀ e I (cps) são determinadas pela atenuação do feixe com água e água mais partículas dispersas, dentro do recipiente, respectivamente. Detalhes sobre os procedimentos na medida dos coeficientes de atenuação e das intensidades de feixe podem ser vistos em OLIVEIRA (1994). Com aquisição dos dados a cada par h₁, t₁, desde o início da sedimentação (t = t0 = 0) na base do recipiente (h0) até a superfície da solução (h_n, é possível, utilizando-se as equações (1) e (2), determinar a distribuição de tamanho de partículas (OLIVEIRA, 1994).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

O uso da técnica de atenuação de radiação gama permite a obtenção de um maior número de leituras de distribuição de tamanho de partículas, como, por exemplo, pode ser visto nas Figuras 1 e 2 de amostras dos quatro tratamentos, referentes à superfície e à 80cm de profundidade.

A diferença marcante da forma da curva referente ao solo superficial de floresta em relação às curvas do solo cultivado (Figura 1), evidencia as diferenças de manejo do solo na variação percentual dos diferentes tamanhos de partículas. Já para as amostras da profundidade de 80cm, na qual os efeitos do manejo do solo praticamente não se manifestaram, as formas das distribuições são bastante semelhantes (Figura 2).

A título de exemplo na Figura 3 são apresentadas as porcentagens de argila, para as quatro áreas estudadas. Observa-se que a região superficial da área de floresta possui quantidades de argila bem maiores (50-60%) que as outras parcelas (30-40%).

Calculando-se a razão:

sendo:

e P(z) as porcentagens de argila, silte e areia, em função da profundidade, pode-se obter valores médios das frações nos perfis. Os cálculos foram feitos para o perfil total(zl =0 a z2 = 100cm) e para duas camadas (z1=0 a z2=60cm e z1=60cm a z2 = 100cm). O limite de 60cm de profundidade foi escolhido, pois, aparentemente, as grandes variações nos teores das frações dão-se da superfície até 60cm de profundidade. Esses resultados são mostrados na TABELA 1.

Observou-se, desses resultados, que a quantidade acumulada de argila em todo o perfil diminui de 65% (floresta) para 58%, 59% e 57%, respectivamente, para as áreas de cultivo de 16, 30 e 50 anos. No entanto, nota-se que de 60 a 100cm as quantidades acumuladas de argila mantiveram-se praticamente constantes, com pequenos aumentos de 65% (floresta) para 68%, 66% e 65% para as áreas de 16, 30 e 50 anos, respectivamente. Já entre a superfície e 60cm, as quantidades acumuladas de argila diminuíram mais acentuadamente: de 64% (floresta) para 57%, 55% e 51%, respectivamente para 16, 30 e 50 anos de cultivo.

Com relação às quantidades de limo e areia, aparentemente, não houve mudanças significativas. Os pequenos aumentos e decréscimos podem ser atribuídos às variações percentuais das quantidades de argila e a erros de amostragem.

De acordo com os resultados obtidos, pode-se concluir que houve variações dos teores de argila nas camadas superficiais, causadas pelo manejo do solo. Há evidência de uma relação entre tempo de cultivo de cana-de-açúcar nestas áreas e as variações observadas.

Recebido para publicação em 02.03.94

Aceito para publicação em 20.03.95

• CERRI, C.C.; FELLER, C.; CHAUVEL, A. Evoluçăo das principais propriedades de um latossolo vermelho escuro após desmatamento e cultivo por doze e cinqüenta anos com cana-de-açúcar. Cahiers Orstom. Série Pédologie, Paris, v.26, n.l, p.37-50, 1991.
• OLIVEIRA, J.C.M. de. Atenuaçăo de raios gama na análise granulométrica de amostras de terra. Piracicaba, 1994. 67p. Tese (Doutorado). Centro de Energia Nuclear na Agricultura, Universidade de Săo Paulo.
• VAZ, C.M.P.; OLIVEIRA, J.C.M.; REICHARDT, K.; CRUVINEL, P.E.; BACCHI, O.O.S. Soil mechanical analysis through gamma ray attenuation. Soil Technology, Cremligen, v.5, n.4, p.319-325, 1992.

1

Parte da Teses de Doutorado do primeiro autor, junto ao CENA/USP.

2

Bolsista do FAPESP.

3

Bolsista do CNPq.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  19 Jul 2005
• Data do Fascículo
  Dez 1994

Histórico

• Aceito
  20 Mar 1995
• Recebido
  02 Mar 1994