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Scientia Agricola

On-line version ISSN 1678-992X

Sci. agric. vol. 53 n. 1 Piracicaba Jan./Apr. 1996

http://dx.doi.org/10.1590/S0103-90161996000100006 

CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA NO PROCESSO DE ELUIÇÃO EM UM SOLO BRUNO-NÃO-CÁLCICO

 

L.N.V. DE ANDRADE1; D.E. CRUCIANI2
1 Universidade do Estado da Bahia-UNEB, CEP: 41151-970 - Salvador, BA.
2 Depto. de Engenharia Rural-ESALQ/USP, C.P. 9, CEP: 13418-900 - Piracicaba, SP.

 

 

RESUMO: Com o objetivo de avaliar o efeito da porcentagem de sódio trocável do solo e da concentração eletrolítica da água de percolação, sobre a condutividade hidráulica em um solo Bruno-Não-Cálcico da região do Rio Salitre-BA, o presente experimento foi conduzido em condições de laboratório e consistiu da determinação da condutividade hidráulica do solo saturado utilizando-se diferentes soluções percolantes, da condutividade elétrica da solução percolada e dos teores de sódio antes e após a eluição com as soluções. Utilizando a câmara de membrana de pressão de Richards, foram determinados os teores de sódio deslocado a diferentes tensões. Uma baixa correlação entre a condutividade hidráulica e a porcentagem de sódio intercambiável foi encontrada. A aplicação da solução de sulfato de cálcio apresentou um efeito benéfico sobre a condutividade hidráulica do solo saturado, exceto quando processos irreversíveis de dissolução mineral ocorreram. Este efeito esteve associado ao pH ou ao conteúdo de carbonatos na solução percolante.
Descritores: condutividade hidráulica, eluição, sódio trocável

 

HYDRAULIC CONDUCTIVITY IN THE ELUTION PROCESS OF A NONCALCIC BROWN SOIL

ABSTRACT: The purpose of this work was to evaluate the effect of exchangeable sodium percentage and electrolite concentration of percolating water, on the hydraulic conductivity of a Noncalcic Brown Soil of the region of the River Salitre-Ba, Brazil. The experiment was conducted under laboratory conditions and consisted of the determination of the saturated hydraulic conductivity using leaching solutions with different electrolite concentrations. In addition, the eletrical conductivity of the percolate and sodium exchangeable concentration, were measured before and after percolation of the solution. Using Richards pressure-membrane apparatus, contents of sodium dislocated were measured at different tensions. A low correlation between the hydraulic conductivity and the exchangeable sodium percentage levels was found. Application of calcium sulfate solution presented a beneficial effect on the saturated hydraulic conductivity, except when irreversible processes of mineral dissolution occurred. This effect has been associated to pH or carbonate content in the percolating solution.
Key words: hydraulic conductivity, elution, exchangeable sodium

 

 

INTRODUÇÃO

A produtividade agrícola de algumas áreas das regiões áridas e semi-áridas é limitada frequentemente, pelos efeitos da salinidade e sodicidade dos solos. Sabe-se que os efeitos negativos sobre a produtividade agrícola desses solos, deve-se à modificação das características físicas do solo.

Em solos sódicos, o efeito maior da salinidade é sobre as suas características físicas. Devido à dispersão dos coloides, ocorre a desestruturação do solo, o que cria problemas de compactação e diminui consequentemente a aeração, dificultando o movimento da água.

Os solos Bruno-Não-Cálcicos da região do rio Salitre-BA apresentam caracteristicamente problemas de sais solúveis e do sódio trocável relacionados às propriedades físicas dos solos.

Em testes de laboratórios foram estudados tres aspectos: (i) a condutividade hidráulica do solo saturado e os níveis totais de sódio em termos de distribuição espacial; (ii) o comportamento da condutividade hidráulica do solo saturado no processo de eluição das amostras de solo; (iii) a quantificação do teor de sódio adsorvido suficiente para a promover a dissolução de minerais com a completa desestruturação do solo.

 

REVISÃO DE LITERATURA

Libardi (1995), apresenta claramente o método de determinação da condutividade hidráulica do solo saturado para amostras com estrutura indeformada aplicando a equação de Darcy-Buckingham. A apreciação da magnitude que a condutividade pode ser encontrada foi disposta em classes por O`Neal em 1952 (Klute, 1965).

A condutividade hidráulica depende das propriedades do fluido e do material poroso e um dos fatores que a afetam é a estabilidade dos agregados com a composição química do complexo de troca (Hillel, 1972).

É uma característica dos solos salinos uma distribuição não uniforme dos sais ao longo do perfil. Devido a pequenas diferenças de nível, composição, permeabilidade, desenvolvimento de plantas,etc., o conteúdo salino pode variar grandemente em curtas distâncias (Andrade, 1994).

Logo, em áreas com problemas de salinização espera-se uma grande variação dos teores de sais, principalmente de sódio, que determinam modificações na estrutura do solo, devido aos efeitos do sódio adsorvido sobre a expansão, dispersão e migração das partículas de argila nos poros condutores, com consequente interferência na condutividade hidráulica do solo (Quirk & Schofield, 1955; McNeal & Coleman, 1966; Rhoades & Ingvalson, 1969; Millar & Cordeiro, 1979; Pupisky & Shainberg, 1979; Oster & Shainberg, 1980; Shainberg & Letey, 1984).

Dois mecanismos têm sido propostos para explicar a redução da permeabilidade do solo em condições de alta porcentagem de sódio trocável: a expansão e a dispersão dos minerais de argila. Vários trabalhos (Quirk & Schofield, 1955; Oster & Shainberg, 1980; Girdhar & Yadav, 1980) relatam que em solos com altos teores de cálcio intercambiável esta expansão é muito menor que em solos com altos teores de sódio intercambiável. A expansão causa o fechamento dos poros inter-agregados, e assim reduz-se a condutividade hidráulica. Além disso, a pressão originada desta expansão, empurra as partículas individuais de argila de encontro umas às outras. O solo se dispersa e os agregados desfazem-se. As partículas finas do solo que estão soltas movimentam-se desuniformemente nos poros do solo, assim reduzindo sua permeabilidade à água.

Shainberg & Letey (1984) relatam que a condutividade hidráulica depende do teor de sódio e da concentração total de sais da solução percolante. Elevada condutividade hidráulica pode ser mantida, mesmo com altos valores de porcentagem de sódio intercambiável, se a concentração da solução é superior a um determinado nível crítico.

 

MATERIAL E MÉTODOS

A área de estudo onde foi realizada a amostragem de solo acha-se localizada no distrito do Salitre, a 36 km do Município de Juazeiro, Estado da Bahia, à margem direita da rodovia BA - 210 que liga Juazeiro a Sento Sé. Segundo Santana et al., 1984, o solo é classificado como BRUNO NÃO CÁLCICO, salino, planossólico, A moderado, textura argilosa /siltosa, fase caatinga hiperxerófila, relevo plano. É um solo pouco profundo, moderadamente drenado, com alta saturação por bases e teores elevados de sódio, cálcio e magnésio, nas camadas A1 e A3(0-20cm).

Foram coletadas 86 amostras em anéis cilíndricos tipo Uhland (Uhland, 1949), que foram fumigadas com brometo de metila, acondicionadas em filme plástico e colocadas sob refrigeração. A área de amostragem tinha 12m x 15m e as amostras indeformadas foram coletadas em qudrículas de ,aproximadamente, 1,4m x 1,4m. Os quatro primeiros centímetros da superfície do solo (horizonte A1) foram retirados e a amostragem feita no horizonte A3.

A condutividade hidráulica do solo saturado foi determinada com diferentes soluções percolantes a diferentes concentrações eletrolíticas, à porcentagem de sódio trocável estabelecida nas análises químicas, através de permeâmetros de laboratório. A água percolada através da coluna de solo foi coletada em provetas graduadas e a condutividade elétrica da água percolada (CEdw) e das soluções percolantes (CEi) determinadas através de um condutivímetro CD-2PL de fabricação DIGIMED. Com os dados de condutividade hidraúlica e eluição, foram construídas curvas caraterísticas para cada amostra. Utilizando a câmera de membrana de pressão de Richards (Richards, 1947) foram determinados os teores de sódio deslocado para dezesseis amostras indeformadas quando submetidas às tensões de 0,02, 0,1, 0,3, 0,5, 5 e 15 atmosferas, que consistiu o teste 4, descrito a seguir. As amostras submetidas ao teste 8 foram colocadas à tensão de 15 atmosferas, após a eluição da solução de bicarbonato de sódio.

Os testes realizados foram os seguintes, onde cada grupo de amostras foram eluídos com as mesmas soluções:

Teste 1 (T1) - Oito amostras; água destilada nas primeiras 24 h; solução saturada de CaSO4.2H2O nas 32 h seguintes; água destilada nas últimas 24 h.

Teste 2 (T2) - Oito amostras; solução de NaHCO3 1,95g/l nas 24 h iniciais; solução saturada de CaSO4.2H2O nas 32 h seguintes; água destilada nas 24 h finais.

Teste 3 (T3) - Dezesseis amostras; percolação do volume fixo de 2000 ml de água destilada.

Teste 4 (T4) - Dezesseis amostras; diferentes tensões de umidade em amostras saturadas com água destilada para determinação do teor médio de sódio deslocado às várias tensões.

Teste 5 (T5) - Oito amostras; solução de NaHCO3 18g/l nas primeiras 24 h; solução saturada de CaSO4.2H2O nas últimas 24 h.

Teste 6 (T6) - Oito amostras; solução de acetato de sódio (NaOAc) 30 g/l nas primeiras 13 h; solução saturada de CaSO4.2H2O nas 13 h seguintes; água destilada até que a condutividade elétrica do percolado fosse zero.

Teste 7 (T7) - Oito amostras; solução com a composição MgCl2.6H2O 0,15g/l + CaSO4.2H2O 0,15g/l + NaHCO3 0,42g/l, composição esta semelhante à do Rio Salitre.

Teste 8 (T8) - Oito amostras; solução de NaHCO3 18g/l aplicada até a condutividade elétrica do percolado (CEdw) igual a condutividade elétrica do eluente (CEi), em seguida, tensão de 15 atmosferas.

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Com os dados de porcentagem de sódio trocável (ESP) de cada amostra, pode-se estabelecer a variação espacial dos dados na área de amostragem. A Figura 1 mostra esta variação espacial dos dados obtidos de ESP e de condutividade hidráulica do solo saturado (Ko) na área. Para todos os tratamentos notou-se que as diferentes concentrações utilizadas, mostraram diferentes efeitos sobre a dissolução e precipitação de minerais secundários, observada na coloração da solução percolada.

 

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Figura 1 - Gráficos da variação da ESP e da Ko em função da área de amostragem.

 

A Figura 3 mostra que para o período de aplicação da solução de sulfato de cálcio nos testes 1 e 2, ocorreu um efeito de aumento gradativo da condutividade hidráulica com um decréscimo da condutividade elétrica da solução percolada. Este efeito não foi observado para os testes 5 e 6, com a aplicação da solução de sulfato de cálcio, após a aplicação de soluções com elevados teores de sódio.

Uma explicação para o efeito acima observado, reside no fato de que para os testes 1 e 2, as soluções percolantes apresentavam concentrações relativamente baixas em sódio, o que permitiu a manutenção da integridade estrutural do solo durante o processo de eluição. Com a aplicação da solução de sulfato de cálcio, o sódio em solução foi substituído e, consequentemente, a resposta na agregação do solo pela solução contendo cálcio, ficou evidenciada no aumento da condutividade hidráulica durante o período de aplicação.

Para os testes 5 e 6, onde as concentrações de sódio foram elevadas, precipitação e dissolução mineral ocorreram em níveis suficientes para promover o rompimento da estrutura do solo e, consequentemente, o processo de obstrução dos poros condutores não permitiu qualquer resposta no aumento da condutividade hidráulica com a aplicação da solução de sulfato de cálcio, como pode ser visto nas Figuras 2 e 4.

 

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Figura 2 - Gráfico de condutividade hidráulica (K) e condutividade elétrica (CEdw) em função do tempo de teste.

 

 

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Figura 3 - Gráfico de condutividade hidráulica (Ko) e condutividade elétrica (CEdw) em função do tempo.

 

 

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Figura 4 - Gráfico de condutividade hidráulica (Ko) e condutividade elétrica (CEdw) em função do tempo.

 

Foi observado para o teste 5, Figura 2, um aumento na condutividade hidráulica nas primeiras horas do teste, 0 a 10 horas. Este aumento na condutividade hidráulica esta assocido às concentrações eletrolíticas elevadas (Quirk & Schofield, 1954). Foi observada a dispersão de minerais pela aplicação da solução de NaHCO3, sendo que o pH da solução e o teor de carbonatos e bicarbonatos solúveis foram suficientes para restringir a resposta do solo à solução de CaSO4.2H2O. Entretanto, não foi observada dispersão com a aplicação da solução de NaOAc num período de 13 horas, com um pH menor do que o da solução de NaHCO3, e houve a mesma restrição à aplicação da solução de CaSO4.2H2O.

A análise do teste 7, Figura 5, permitiu concluir que houve uma redução da condutividade hidráulica com o volume aplicado de solução. Como a solução percolante apresentava uma concentração muito baixa de sais, observou-se um efeito semelhante ao obtido quando da aplicação de água destilada para o teste 3.

 

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Figura 5 - Gráfico de condutividade hidráulica (Ko) e condutividade elétrica (CEdw) em função do tempo.

 

A Figura 6 mostra os resultados obtidos dos teores médios de sódio deslocado, para o teste 4, às várias tensões, utilizando a câmara de membrana de pressão de Richards (Richards, 1947). Para as amostras do teste 8, foram determinados os teores de sódio deslocado à tensão de 15atm. Retiradas da câmara de Richards, seus teores de sódio adsorvido foram determinados para comparação entre os testes 4 e 8. Houve uma adsorção relativa de 10 % de sódio pela eluição da solução concentrada de NaHCO3, suficiente para promover uma completa desagregação da estrutura do solo com uma redução imediata da condutividade hidráulica.

 

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Figura 6 - Porosidade livre de água em função do teor de sódio deslocado em várias tensões.

 

CONCLUSÕES

Existe uma extensa variabilidade espacial na porcentagem de sódio trocável do solo e baixos níveis de correlação foram obtidos entre os parâmetros porcentagem de sódio trocável e condutividade hidráulica, e porosidade total com a condutividade hidráulica.

A aplicação da solução de sulfato de cálcio permitiu um aumento da condutividade hidráulica do solo saturado, salvo se processos irreversíveis de dissolução e precipitação de minerais tenham ocorrido, sendo que o pH e o teor de carbonatos da solução percolante são agentes indutores desses processos irreversíveis.

Sem levar em consideração o teor de sais dispersos na superfície do solo, são necessários aproximadamente 4000 m3/hectare de água para reduzir a porcentagem de sódio trocável desse solo de 45%, em média, para 1 % nos seus 16cm de camada do horizonte A3, utilizando a composição aproximada das águas do Rio Salitre.

Uma adsorção de 10% de sódio foi suficiente para romper totalmente a estrutura deste solo promovendo a redução imediata da condutividade hidráulica.

 

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANDRADE, L.N.V. Condutividade hidráulica no processo de eluição em um solo bruno-não-cálcico. Piracicaba, 1994. 161 p. Dissertação (Mestrado) - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo.         [ Links ]

GIRDHAR, I.K.; YADAV, J.S.P. Effect of different Mg/Ca ratios RAS values and eletrolyte concentrations in the leaching water of the dispersion and hydraulic conductivity of soils. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SALT AFFECTED SOILS. PRINCIPLES AND PRATICES FOR RECLAMATION AND MANAGEMENT, Karnal, 1980. Proceedings. p. 210-8.         [ Links ]

HILLEL D. Soil and water physical principles and processes 3.ed. New York: Academic Press, 1972. 288p.         [ Links ]

KLUTE, A. Laboratory measurement of hydraulic conductivity of saturated soil. In: Black, C.A., ed. Method of soil analysis. Madison: American Society of Agronomy, 1965. pt.1, p. 210 - 21 (Agronomy, 9).         [ Links ]

LIBARDI P.L. Dinâmica da água no solo. Piracicaba: ESALQ/USP, 1995. 497p.         [ Links ]

McNEAL, B.L.; COLEMAN N.T. Effect of solution composition of soil hydraulic conductivity. Soil Science Society of America Proceedings, Madison, v. 30, p. 308-312,1966.         [ Links ]

MILLAR, A.A.; CORDEIRO, G.G. Caracterização dos problemas de sais dos setores de irrigação em operação do projeto São Gonçalo. In: REUNIÃO SOBRE SALINIDADE E DRENAGEM EM ÁREAS IRRIGADAS, Fortaleza, 1979. Anais. Fortaleza: UFCE, 1979. p. 25-33.         [ Links ]

OSTER, J.D.; SHAINBERG, I. Predicting the hydraulic properties of sodic soils. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SALT AFFECTED SOILS. PRINCIPLES AND PRATICES FOR RECLAMATION AND MANAGEMENT, Karnal, 1980. Proceedings. p.195-200.         [ Links ]

PUPISKY, H.; SHAINBERG, I. Salt effects of the hydraulic conductivity of a sandy soil. Soil Science Society of America Journal, v. 43, p. 429-433, 1979.         [ Links ]

QUIRK, J.P.; SCHOFIELD R.K. The effect of eletrolyte concentration on soil permeability. Journal of Soil Science, v. 6, p. 163-178, 1955.         [ Links ]

RHOADES, J.D.; INGVALSON, R.D. Macroscopic swelling and hydraulic conductivity properties of four vermiculitic soils. Soil Science Society of America Proceedings, v. 33, p. 364-370, 1969.         [ Links ]

RICHARDS, L.A. Pressure-membrane apparatus - constructions and use. Agricultural Engineering, v. 28, n. 10, p. 451-454, Oct. 1947.         [ Links ]

SANTANA, I.A.; SANTOS, A.B.; CRUZ,E.A. Levantamento pedológico detalhado epotencialidades para irrigação dos solos do Campo Experimental do Salitre. Juazeiro: Faculdade de Agronomia do Médio São Francisco,1984.143p.         [ Links ]

SHAINBERG,I; LETEY, J. Response of soils to sodic and saline conditions. Hilgardia, v. 52, p.1-57, 1984.         [ Links ]

UHLAND, R.E. Physical properties of soils as modified by crops and management. Soil Science Society of America Proceedings, v.14, p. 361 - 366, 1949.         [ Links ]

 

 

Recebido para publicação em 08.05.95
Aceito para publicação em 20.02.96

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