Determinação da densidade relativa do solo por uma função de pedotransferência para a densidade do solo máxima

Determination of relative soil density through a pedotransfer function of maximum bulk density

SOLOS

Determinação da densidade relativa do solo por uma função de pedotransferência para a densidade do solo máxima

Determination of relative soil density through a pedotransfer function of maximum bulk density

Clovis Dalri Marcolin^I; Vilson Antonio KleinII, ^*

^IPrograma de Pós-graduação em Agronomia, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Universidade de Passo Fundo, Instituto Federal do Rio Grande do Sul, Campus Sertão, Passo Fundo, Rio Grande do Sul, Brasil

^IIFaculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Universidade de Passo Fundo, Cx. Postal 611, 99001-970, Passo Fundo, Rio Grande do Sul, Brasil

RESUMO

O objetivo desse trabalho foi estimar a densidade relativa do solo (DR) a partir de uma função de pedotransferência para a densidade do solo máxima (Ds_máx). Amostras de dez solos, em sistema de plantio direto estabelecido há mais de dez anos, foram coletadas no Estado do Rio Grande do Sul, em camadas de 5 até 30 cm de profundidade, com a estrutura preservada e não-preservada. Determinaram-se a granulometria, os teores de matéria orgânica (MO), a densidade do solo (Ds) e a Ds do solo máxima (Ds_Max) pela metodologia do ensaio de Proctor. Com esses dados foi ajustada uma equação de regressão linear para se obter o valor da Ds_máx a partir dos teores de argila e MO no solo. Para os solos avaliados no Estado do Rio Grande do Sul a densidade do solo máxima pode ser estimada pela função Ds_máx = 2,03133855 - 0,00320878 MO - 0,00076508 argila, a partir da qual se pode prever a DR do solo a partir de valores medidos de Ds.

Palavras-chave: compactação do solo, plantio direto, textura, matéria orgânica.

ABSTRACT

The objective of this study was to estimate the relative soil bulk density (RD) from a pedotransfer function of maximum bulk density (MBD). Undisturbed and disturbed soil samples of 10 soils, under no tillage, established for more than 10 years, were collected in Rio Grande do Sul State, Brazil, at 5 to 30 cm depths. Granulometry, organic matter (OM), bulk density (BD) and MBD were determined by Proctor test. A pedotransfer function was developed with these values to obtain the MBD from the clay and OM contents in the soil. Our conclusion is that the MBD = 2.03133855 - 0.00320878 OM - 0.00076508 clay function can be used to estimate the RD of the soils studied.

Keywords: soil compaction, no-tillage, texture, organic matter.

Introdução

A textura descreve a distribuição relativa das partículas minerais do solo, tomando como base seu diâmetro equivalente; estas são denominadas de areia, de silte e de argila (KLEIN, 2008; RESENDE et al., 2007). As partículas minerais do solo apresentam propriedades e comportamentos bastante distintos. A fração areia, em função do maior tamanho, permite maior permeabilidade à água e ao ar no solo, mas baixa capacidade de retenção de água e são consideradas não-coesivas. A fração silte possui poros menores e mais numerosos, retendo mais água e menor taxa de drenagem do que areia. A argila, em função do reduzido diâmetro, apresenta grande área superficial específica, o que acarreta elevada retenção de água e fluxo lento de ar e água, além de elevada pegajosidade quando úmida e alta coesão, quando seca (BRADY; WEIL, 2008). Para Reichardt e Timm (2004), a argila é a fração do solo que mais influencia o seu comportamento físico.

Os solos agrícolas apresentam grande amplitude de densidade em função de suas características mineralógicas, de textura e de teor de matéria orgânica. Essa variação da densidade do solo (Ds), em função de propriedades intrínsecas do solo, dificulta a sua utilização para quantificar o grau de compactação do solo (BRADY; WEIL, 2008). A Ds, conforme Klein (2008), é uma relação entre massa de solo seco e seu volume, sendo, portanto afetada por modificações na estrutura e no arranjo e volume dos poros. Solos arenosos apresentam densidade do solo superior aos argilosos enquanto que solos siltosos apresentam densidade intermediária (BUENO; VILAR, 1998; LIBARDI, 2005). Solos argilosos apresentam agregação das partículas de argila, da qual resulta a porosidade intra-agregados, que aumenta o volume do espaço poroso, principalmente aqueles poros com diâmetro reduzido (BRADY; WEIL, 2008). O aumento no teor de matéria orgânica no solo reduz a densidade do solo, quer pelo efeito positivo na estabilidade estrutural do solo, quer pelo fato de o material orgânico apresentar baixa densidade, menor do que os sólidos minerais do solo (ARAGÓN et al., 2000; BRAIDA et al., 2006; DIAS JÚNIOR; MIRANDA, 2000; LIBARDI, 2005).

Em 1933, Ralf Proctor publicou uma série de artigos nos quais pela primeira vez se enuncia um dos mais importantes princípios da mecânica dos solos, o de que a compactação do solo é dependente da energia aplicada e da umidade do solo no momento da compactação (VARGAS, 1977). Desses estudos surgiu o ensaio de Proctor normal que é uma metodologia facilmente executável, de baixo custo e conceitualmente fácil de ser entendida. No entanto, a sua utilização para fins de estudo da dinâmica dos solos agrícolas é recente (FIGUEIREDO et al., 2000). Com a equação da curva de compactação do ensaio de Proctor normal é possível obter matematicamente a densidade do solo máxima (Ds_máx), bem como, a umidade ótima para compactação com aquele nível de energia aplicada. Como ponto negativo, esse ensaio é muito trabalhoso e necessita de grande quantidade de solo para determinação da curva de compactação, o que dificulta sua realização.

Para um solo argiloso (660 g kg^-1 argila), Klein (2008) encontrou Ds_máx de 1,55 Mg m^-3, enquanto que, num solo arenoso (320 g kg^-1 argila), de 1,77 Mg m^-3. Por sua vez, Santos et al. (2005) obtiveram Ds_máx de 1,68 e 1,51 Mg m^-3, para solos com teor de argila de 490 e 356 g kg^-1, respectivamente, comprovando o efeito da textura na Ds_máx. Aragón et al. (2000) observaram a contribuição negativa do teor de silte sobre a Ds_máx, enquanto que, para Nhantumbo e Cambule (2006), a Ds foi máxima em solos com 200 g kg^-1de argila, ou 250 g kg^-1 de argila mais silte. Dias Júnior e Miranda (2000) observaram contribuição positiva da fração areia, que obviamente apresenta proporção inversa da soma da argila e do silte.

Pelo discutido anteriormente, a Ds não fornece informações suficientes para se quantificar o grau de compactação de um solo agrícola. Visando normalizar os limites de Ds, em função da textura e outras propriedades do solo, tem sido utilizado o conceito de densidade relativa do solo (DR) ou grau de compactação (BEUTLER et al., 2005; HAKANSSON; LIPIEC, 2000; KLEIN, 2006, 2008; KRZIC et al., 2003; SANTOS et al., 2005; TORRES; SARAIVA, 1999) que é a relação da Ds com sua Ds_máx obtida pelo ensaio de Proctor normal.

Estudos têm sido realizados, visando-se determinar a DR ótima, ou limitante, ao pleno desenvolvimento e máximo rendimento das culturas. Carter (1990) encontrou o máximo rendimento de grãos de cevada e de trigo quando a DR se situou na faixa de 0,77 a 0,84. Já Hakansson (1990) obteve máximo rendimento de cevada na DR de 0,87 e Lipiec et al. (1991), DR crítica de 0,91. A DR do solo para o máximo rendimento da soja, em casa-de-vegetação, foi de 0,84 em solo argiloso (520 g kg^-1 de argila) e 0,75 para solo de textura arenosa (270 g kg^-1 de argila). No campo, em solo de textura média, a DR ótima encontrada foi de 0,80 (BEUTLER et al., 2005).

O objetivo desse trabalho foi determinar a densidade relativa do solo a partir de uma função de pedotransferência da densidade do solo máxima de solos em plantio direto no Estado do Rio Grande do Sul.

Material e métodos

Amostras de dez solos, em sistema de plantio direto, estabelecido há mais de dez anos, foram coletadas no Estado do Rio Grande do Sul. Na Tabela 1 estão apresentadas a classificação e a unidade de mapeamento dos solos, bem como, a localização e as coordenadas geográficas das áreas onde os solos foram coletados.

Em cada solo foram coletadas amostras com estrutura deformada e preservada, nas profundidades de: 0 a 5; 5 a 10; 10 a 15; 15 a 20; 20 a 25 e 25 a 30 cm, em minitrincheiras, com seis repetições. Subamostras de solo com estrutura deformada, para cada solo e camada, foram homogeneizadas, secas ao ar e peneiradas, formando uma amostra composta. As amostras foram peneiradas em peneira com malha de 4,76 mm para a obtenção da curva de compactação por meio do ensaio de Proctor normal e em peneira com malha 2 mm para a determinação da análise granulométrica (textura) e do teor de matéria orgânica.

As amostras com estrutura preservada foram secas em estufa a 105ºC até peso constante, para determinação da Ds (Tabela 2).

A análise granulométrica (Tabela 2) foi realizada, utilizando-se como dispersante hidróxido de sódio e hexametafosfato de sódio e o método da pipeta para separação das frações granulométricas (RUIZ, 2005). O teor de matéria orgânica do solo (Tabela 2) foi determinado, seguindo-se o método Walkley-Black descrito por Tedesco et al. (1995).

A DS_máx para cada solo e profundidade foi determinada a partir do ensaio de Proctor normal, com 560 kPa de energia aplicada (NOGUEIRA, 1998). Esse ensaio consiste em compactar o solo em três camadas de 4 cm de espessura num cilindro de 1.000 cm³, utilizando um soquete com massa de 2,5 kg, em 25 golpes por camada, numa altura de queda de 30 cm. A partir dos pares de dados, da Ds em função do teor de água do solo (em base de massa), fez-se o ajuste de equação polinomial de 2º grau. A primeira derivada da função permite estimar a UOC e a segunda, a Ds_máx (KLEIN, 2008). A DR (Tabela 2) foi determinada pelo quociente entre a Ds e a Ds_máx (BEUTLER et al., 2005; HAKANSSON; LIPIEC, 2000; KLEIN, 2006, 2008; KRZIC et al., 2003; TORRES; SARAIVA, 1999).

Para se avaliar a contribuição da textura e da matéria orgânica do solo na Ds_máx, realizaram-se ajustes dos resultados por meio de regressões lineares múltiplas e análise de significância pelo teste F, utilizando-se programa estatístico SAS (1996). Para se comparar os valores da DR calculada e estimada pela função (Tabela 2), utilizou-se o teste T.

Resultados e discussão

Os resultados da análise granulométrica, do teor de MO, da Ds_máx Ds e da DR, para os solos estudados, em profundidade, estão apresentados na Tabela 2. Os solos apresentaram variação no teor de argila de 136 a 780 g kg^-1, no teor de silte de 86 a 299 g kg^-1, no teor de areia de 17 a 726 g kg^-1 e de MO entre 5 e 71 g kg^-1.

Dos ajustes estatísticos, verificou-se que somente as variáveis argila e a MO influenciaram significativamente (p < 0,001) a Ds_máx (Equação 1), permitindo, com isso, obter uma função de pedotransferência capaz de descrever satisfatoriamente essa propriedade do solo.

A relação inversa da Ds_max com MO e argila também foi obtida por Aragón et al. (2000), Dias Júnior e Miranda (2000), Brady e Weil (2008), Reichardt e Timm (2004), Libardi (2005) e Braida et al. (2006). Solos argilosos apresentam agregação das partículas de argila, que possuem porosidade intra-agregados, aumentando o volume do espaço poroso, principalmente aqueles poros com diâmetro reduzido (BRADY; WEIL, 2008). A redução da Ds com o aumento no teor de MO no solo decorre do efeito positivo na estabilidade estrutural do solo associado ao fato de o material orgânico apresentar baixa densidade, menor do que a dos sólidos minerais do solo (ARAGÓN et al., 2000; BRAIDA et al., 2006; DIAS JÚNIOR; MIRANDA, 2000; LIBARDI, 2005). Quando se ajustaram os dados da Ds_máx, somente em função da argila ou MO, esse também foi altamente significativo, tendo essa propriedade comportamento linear e negativo com o aumento do teor de MO (Figura 1A) e argila (Figura 1B), concordando com Bueno e Vilar (1998), Reichardt e Timm (2004) e Libardi (2005).

A principal utilização agrícola da Ds_máx é na obtenção da DR a partir da relação da Ds e sua respectiva Ds_máx (BEUTLER et al., 2005; KLEIN, 2008; KRZIC et al., 2003; TORRES; SARAIVA, 1999). A determinação da Ds_máx por meio da equação proposta tornaria mais simples e rápida a determinação da DR de um solo bem como o seu grau de compactação.

Da comparação dos valores da DR calculada, a partir da Ds_máx obtida pelo ensaio de Proctor e da Ds e da DR calculada a partir de Ds_máx estimada pela equação 1 e a Ds, utilizando-se o teste T para duas populações, verificou-se que essas populações não diferem entre si em um nível de probabilidade de 0,05.

As relações estabelecidas entre a DR e o teor de argila (Figura 2) indicaram que, nos solos em plantio direto, há redução da DR em função do aumento do teor de argila, indicando que, para esses solos, a energia aplicada no ensaio de Proctor Normal (560 kPa) altera a estabilidade estrutural dos microagregados, aumentando, assim, a Ds_max De qualquer forma, em solos argilosos, a DR crítica é menor comparada com solos arenosos, principalmente pelo incremento na resistência mecânica do solo à penetração das raízes pela maior coesão entre as partículas (ELLIES; MAC DONALD, 1985).

A utilização da DR como uma variável que caracteriza o grau de compactação do solo por meio da Ds normalizada (CARTER, 1990; FERRERAS et al., 2001), como o próprio conceito propõe, é relativa, visto que a definição de valores ótimos ou restritivos ao desenvolvimento das plantas dependerá das condições climáticas vigentes (TORRES; SARAIVA, 1999). Entretanto, o modelo proposto pode servir com um bom indicador do grau de compactação dos solos agrícolas.

Em acordo com os valores de DR crítica obtidos por Torres e Saraiva (1999), os quais variam entre 0,84 e 0,87 para um Latossolo Roxo, os solos argilosos avaliados nesse estudo apresentam boa qualidade física.

Conclusão

Para os solos do Estado do Rio Grande do Sul pode ser utilizada a função para a densidade do solo máxima Ds_máx = 2,03133855 - 0,00320878 MO - 0,00076508 argila. A densidade relativa do solo pode ser estimada, utilizando-se a densidade do solo máxima estimada.

Agradecimentos

A Fapergs e ao CNPq pelo apoio financeiro e aos acadêmicos de Agronomia Fernando Fávero, Fábio Fernando Durigon e Fábio Francisco Signor pelo auxílio nas pesquisas.

Received on January 10, 2009.

Accepted on May 1, 2009.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  24 Maio 2011
• Data do Fascículo
  Jun 2011

Histórico

• Recebido
  10 Jan 2009
• Aceito
  01 Maio 2009