Extraction of soil water by plants: development and validation of a model

Extração da água do solo por plantas: desenvolvimento e validação de um modelo

Abstracts

A quantitative model of water movement within the immediate vicinity of an individual root is developed and results of an experiment to validate the model are presented. The model is based on the assumption that the amount of water transpired by a plant in a certain period is replaced by an equal volume entering its root system during the same time. The model is based on the Darcy-Buckingham equation to calculate the soil water matric potential at any distance from a plant root as a function of parameters related to crop, soil and atmospheric conditions. The model output is compared against measurements of soil water depletion by rice roots monitored using γ-beam attenuation in a greenhouse of the Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"/Universidade de São Paulo(ESALQ/USP) in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, in 1993. The experimental results are in agreement with the output from the model. Model simulations show that a single plant root is able to withdraw water from more than 0.1 m away within a few days. We therefore can assume that root distribution is a less important factor for soil water extraction efficiency.

modelling; soil water depletion; soil water extraction


Um modelo quantitativo para a descrição do movimento de água na zona imediatamente circundante a uma raiz individual é desenvolvido, e resultados de um experimento para a validação do modelo são apresentados. O modelo baseia-se na hipótese de que a quantidade de água perdida por uma planta por transpiração, em determinado período, é reposta por um volume igual que entra no seu sistema radicular, no mesmo período. Por meio da aplicação da equação de Darcy-Buckingham, calcula-se o potencial mátrico da água no solo a qualquer distância da raiz, em função de parâmetros relacionados com a cultura, solo e condições atmosféricas. Os resultados das simulações do modelo foram comparados com medidas de esgotamento de água por raízes de arroz, registradas por meio da atenuação de radiação γ, numa casa de vegetação da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"/Universidade de São Paulo (ESALQ/USP), em Piracicaba (SP), no final de 1993. Os resultados experimentais confirmam o modelo. As simulações mostram que uma raiz individual de uma planta é capaz de retirar água do solo de uma distância de mais de 0,1 m, no intervalo de alguns dias. Esse resultado indica que a distribuição de raízes é de menor importância para a eficiência da extração de água do solo.

modelagem; esgotamento de água; extração de água do solo


SEÇÃO I - FÍSICA DO SOLO

  • Extraction of soil water by plants: development and validation of a model
    Extração da água do solo por plantas: desenvolvimento e validação de um modelo
  • Q. de Jong van LierI; P. L. LibardiII

    IProfessor. Departamento de Solos, Faculdade de Agronomia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Caixa Postal 776, 90001-970 Porto Alegre (RS). CNPq researcher

    IIProfessor. Departamento de Física e Meteorologia, ESALQ/USP, Caixa Postal, 13418-900 Piracicaba (SP). CNPq researcher

    SUMMARY

    A quantitative model of water movement within the immediate vicinity of an individual root is developed and results of an experiment to validate the model are presented. The model is based on the assumption that the amount of water transpired by a plant in a certain period is replaced by an equal volume entering its root system during the same time. The model is based on the Darcy-Buckingham equation to calculate the soil water matric potential at any distance from a plant root as a function of parameters related to crop, soil and atmospheric conditions. The model output is compared against measurements of soil water depletion by rice roots monitored using γ-beam attenuation in a greenhouse of the Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"/Universidade de São Paulo(ESALQ/USP) in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, in 1993. The experimental results are in agreement with the output from the model. Model simulations show that a single plant root is able to withdraw water from more than 0.1 m away within a few days. We therefore can assume that root distribution is a less important factor for soil water extraction efficiency.

    Index terms: modelling, soil water depletion, soil water extraction.

    RESUMO

    Um modelo quantitativo para a descrição do movimento de água na zona imediatamente circundante a uma raiz individual é desenvolvido, e resultados de um experimento para a validação do modelo são apresentados. O modelo baseia-se na hipótese de que a quantidade de água perdida por uma planta por transpiração, em determinado período, é reposta por um volume igual que entra no seu sistema radicular, no mesmo período. Por meio da aplicação da equação de Darcy-Buckingham, calcula-se o potencial mátrico da água no solo a qualquer distância da raiz, em função de parâmetros relacionados com a cultura, solo e condições atmosféricas. Os resultados das simulações do modelo foram comparados com medidas de esgotamento de água por raízes de arroz, registradas por meio da atenuação de radiação γ, numa casa de vegetação da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"/Universidade de São Paulo (ESALQ/USP), em Piracicaba (SP), no final de 1993. Os resultados experimentais confirmam o modelo. As simulações mostram que uma raiz individual de uma planta é capaz de retirar água do solo de uma distância de mais de 0,1 m, no intervalo de alguns dias. Esse resultado indica que a distribuição de raízes é de menor importância para a eficiência da extração de água do solo.

    Termos de indexação: modelagem, esgotamento de água, extração de água do solo.

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    Received for publication in November 1996

    Approved in October, 1997

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    Extraction of soil water by plants: development and validation of a model Extração da água do solo por plantas: desenvolvimento e validação de um modelo

    Publication Dates

    • Publication in this collection
      08 Oct 2014
    • Date of issue
      Dec 1997

    History

    • Accepted
      Oct 1997
    • Received
      Nov 1996
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