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

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.

Balanço de água no volume de solo explorado pelo sistema radicular de uma planta de citros

A produtividade das culturas agrícolas, associada às condições climáticas e edáficas, depende da disponibilidade de água e nutrientes no solo em época e quantidades apropriadas. A falta ou excesso de água no solo são fatores limitantes ao crescimento vegetal e podem diminuir a produtividade. Portanto, estudos que levem a um melhor entendimento de como a água se comporta na zona radicular de uma cultura agrícola no campo são de importância indiscutível ao adequado manejo agrícola. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o método do balanço de água no solo aplicado ao volume de solo explorado pelo sistema radicular de uma planta de citros, considerando cinco profundidades de solo e cinco distâncias horizontais do tronco em duas direções a partir do tronco (uma ao longo e outra perpendicular à linha de plantas) e, então, verificar a contribuição de cada uma das camadas de solo avaliadas à evapotranspiração real da planta. O experimento foi realizado num Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico argissólico em um pomar de citros, no município de Piracicaba (SP), durante dois períodos, um seco (40 dias) e um chuvoso (37 dias). Para atender ao objetivo proposto, um conjunto de 25 tensiômetros (cinco profundidades x cinco distâncias do tronco) foi instalado ao longo da linha e um outro, idêntico, perpendicular à linha, em direção à entrelinha. A armazenagem foi calculada a partir das leituras dos dois conjuntos de 25 tensiômetros cujos potenciais mátricos determinados foram convertidos em umidades volumétricas pelas curvas de retenção da água no solo. A drenagem interna e a ascensão capilar foram estimadas a partir das leituras diárias dos tensiômetros e da função K(fim) (condutividade hidráulica em função do potencial mátrico), por meio da equação de Darcy-Buckingham. Esta função K(fim) para cada profundidade foi determinada pelo método do perfil instantâneo realizado em área adjacente. A precipitação pluvial foi medida por pluviômetro com aquisição automática de dados instalado na área. Os resultados obtidos mostraram que o método do balanço de água proposto foi adequado para avaliar quanto cada camada de solo da zona radicular da planta contribuiu para o consumo total de água (evapotranspiração real) da planta, nos dois períodos estudados. Nesse sentido, a camada de 0,00 a 0,60 m de profundidade mostrou ser a que a planta deva apresentar maior volume de raízes ativas, de acordo com sua maior contribuição ao consumo de água pela planta.

Evapotranspiração real de uma cultura de laranja em produção num Latossolo Vermelho-Amarelo

A disponibilidade de água e de nutrientes no solo em épocas e quantidades apropriadas, associada às condições edáficas e climáticas, é fator de indiscutível relevância à produção das culturas. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a evapotranspiração real de uma cultura de laranja, analisar sua variabilidade e verificar a influência deste processo de saída de água do solo na produtividade da cultura. O experimento foi realizado no município de Piracicaba (SP), num Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico argissólico, e a evapotranspiração real foi avaliada pelo método do balanço de água no solo em 40 pontos correspondentes a 40 plantas de duas linhas adjacentes com 20 plantas cada. A cultura de laranja, plantada num espaçamento de 7 x 4 m (7 m entre linhas por 4 m entre plantas na linha), tinha 11 anos de idade. Em cada ponto, localizado na projeção da copa (2 m do tronco) de cada uma das 40 plantas ao longo da linha, foram instalados um tubo de Al até à profundidade de 1,2 m para acesso de uma sonda de nêutrons e três tensiômetros às profundidades de 1,0, 1,1 e 1,2 m. A variação da armazenagem de água no solo foi determinada a partir de leituras semanais da sonda de nêutrons. A precipitação pluvial, medida por meio de um pluviômetro com aquisição automática de dados, foi considerada normal para o período monitorado. A drenagem interna e a ascensão capilar foram estimadas pela equação de Darcy-Buckingham, a partir de leituras diárias dos três tensiômetros e da condutividade hidráulica determinada na profundidade de controle (1,1 m) em função do potencial mátrico pelo método do perfil instantâneo. A irrigação e os deflúvios foram inexistentes e a evapotranspiração real da cultura foi calculada pela diferença entre a variação de armazenagem e a soma algébrica dos outros processos avaliados. O balanço foi efetuado durante um ciclo anual da cultura de laranja, dividido em 14 períodos. Nesses 14 períodos de monitoramento, a evapotranspiração real foi analisada com base nos métodos da estatística descritiva e exploratória de dados, obtendo-se um coeficiente de variação médio desses 14 períodos de 16 %. Foi de 1.271 mm a evapotranspiração real anual desta comunidade de plantas cujos valores diários variaram de 0,4 a 8,4 mm. A eficiência de utilização da água ou a razão entre a produtividade e a evapotranspiração real por planta durante o período monitorado variou de 1,57 a 4,52 kg m-3; verificou-se que as plantas com maior produção estavam entre aquelas com maior evapotranspiração real.

Drenagem interna e lixiviação de nitrato em um latossolo sob sucessão milho-braquiária-milho, com diferentes doses de nitrogênio

A adubação nitrogenada ideal deve ser definida para satisfazer a necessidade da cultura, mas com o mínimo de risco ao ambiente. Para isso, é necessário que a recomendação da adubação nitrogenada seja a mais exata possível. O presente trabalho foi desenvolvido em um solo de textura areno-argilosa, com o objetivo de avaliar a drenagem interna e a lixiviação de NO3- à profundidade de 0,80 m com o tempo, em uma sucessão de culturas sob plantio direto, utilizando-se sulfato de amônio marcado com o isótopo estável 15N, em diferentes doses. As avaliações foram feitas em dois cultivos de milho safrinha, o primeiro no ano agrícola de 2006 e o segundo em 2007, e em um de braquiária na entressafra. Os tratamentos consistiram de doses de N de 60, 120 e 180 kg ha-1, na forma de sulfato de amônio marcado (15N), e um tratamento testemunha, sem aplicação de N. O adubo marcado foi aplicado em subparcelas previamente definidas, apenas no primeiro cultivo do milho (safra 2006). A drenagem interna foi obtida a partir da densidade de fluxo de água calculada pela equação de Darcy-Buckingham, na qual a condutividade hidráulica e o gradiente de potencial total foram estimados a partir de leituras diárias de tensiômetros de mercúrio, instalados nas profundidades de 0,70, 0,80 e 0,90 m. A condutividade hidráulica em função do potencial mátrico na profundidade de 0,80 m foi determinada, no campo, pelo método do perfil instantâneo, usando tensiômetros e curvas de retenção. A densidade de fluxo de água foi também usada, juntamente com a concentração de NO3- e a porcentagem de átomos de 15N da solução no solo, para estimar a lixiviação do NO3-total e daquele derivado do fertilizante. A solução no solo foi coletada por meio de extratores com cápsula porosa, instalados na profundidade de 0,80 m. A drenagem interna diminuiu com o aumento das doses de N aplicadas para a sucessão de culturas estudada, variando de 31,5 a 73,4 % da precipitação pluvial total (97 mm) durante o primeiro cultivo de milho, de 26,1 a 58,1 % da precipitação pluvial total (695 mm) no cultivo da braquiária e pousio e de 56,6 a 87,4 % do total de 419 mm de precipitação pluvial no segundo cultivo de milho. A lixiviação de NO3-total (do fertilizante e outras fontes) foi muito baixa no primeiro cultivo de milho em todas as doses de N e significativa para as doses de 120 e 180 kg ha-1 nos períodos da cultura de braquiária mais pousio (26,16 kg ha-1 para a dose de 120 e 39,8 kg ha-1 para a de 180 kg ha-1) e da segunda cultura de milho (aproximadamente 23 kg ha-1 para ambas as doses). A lixiviação de NO3-proveniente do fertilizante foi praticamente nula no primeiro cultivo de milho e, em geral, baixa durante o cultivo de braquiária e o segundo cultivo de milho.

Análise espaço-temporal de componentes do balanço hídrico em um Latossolo

O monitoramento das variáveis que constituem a equação do balanço hídrico do solo em campo cultivado é necessário para avaliar com confiabilidade os períodos de déficits hídricos durante o ciclo das culturas, manejar a irrigação e quantificar perdas de nutrientes por lixiviação. Os componentes da equação do balanço hídrico podem variar no espaço e no tempo, e o estudo da estabilidade temporal da variabilidade espacial desses componentes é essencial para determinar quais são os pontos de observação no campo (locais) para monitorar a água do solo com precisão e esforço amostral reduzido. Assim, os objetivos deste trabalho foram avaliar os componentes do balanço da água (especificamente a variação de armazenamento de água do solo, drenagem interna e evapotranspiração real) de plantas de milho em um Latossolo Vermelho-Amarelo e analisar a variabilidade espacial e temporal, por meio da técnica de estabilidade temporal. O estudo foi realizado em uma área do Campus da ESALQ/USP, município de Piracicaba, Estado de São Paulo, Brasil. O relevo da área experimental, que tem 1.500 m², é plano. Nessa área foram instalados 60 tubos de alumínio para acesso de uma sonda de nêutrons e 120 tensiômetros com manômetro de mercúrio (60 na profundidade de 0,75 m e 60 na profundidade de 0,85 m). Isso permitiu estimar a densidade de fluxo de água do solo na profundidade de 0,80 m por meio da equação de Darcy-Buckingham e o armazenamento de água na camada de 0,0-0,80 m, ao longo do ciclo da cultura. A precipitação pluvial foi medida por meio de um pluviômetro instalado no centro da área experimental, e a evaporação real foi considerada como desconhecida da equação do balanço hídrico. A pesquisa foi realizada dividindo o ciclo de cultivo em 13 períodos (P1 a P13). O uso da estatística descritiva foi feito para evidenciar a variação do comportamento dos dados após a remoção dos pontos discrepantes, que representaram entre 0,0 e 3,9 % dos pontos amostrais por período. O uso da estatística descritiva foi útil por ter apresentado a mudança no comportamento dos dados, após a retirada de valores discrepantes e extremos em alguns períodos. A técnica da estabilidade temporal é viável para avaliação do balanço hídrico no espaço e no tempo. Os coeficientes de correlação de Spearman entre os períodos indicaram estabilidade temporal para a armazenagem da água independentemente do teor de umidade do solo, mas não expressaram confiabilidade para a avaliação da drenagem interna e a evapotranspiração real da cultura. A evapotranspiração oscilou ao longo do ciclo da cultura mantendo-se praticamente constante nos períodos P5 a P9, em que houve maior desenvolvimento vegetativo das plantas.

Estimation of water percolation by different methods using TDR

Detailed knowledge on water percolation into the soil in irrigated areas is fundamental for solving problems of drainage, pollution and the recharge of underground aquifers. The aim of this study was to evaluate the percolation estimated by time-domain-reflectometry (TDR) in a drainage lysimeter. We used Darcy's law with K(θ) functions determined by field and laboratory methods and by the change in water storage in the soil profile at 16 points of moisture measurement at different time intervals. A sandy clay soil was saturated and covered with plastic sheet to prevent evaporation and an internal drainage trial in a drainage lysimeter was installed. The relationship between the observed and estimated percolation values was evaluated by linear regression analysis. The results suggest that percolation in the field or laboratory can be estimated based on continuous monitoring with TDR, and at short time intervals, of the variations in soil water storage. The precision and accuracy of this approach are similar to those of the lysimeter and it has advantages over the other evaluated methods, of which the most relevant are the possibility of estimating percolation in short time intervals and exemption from the predetermination of soil hydraulic properties such as water retention and hydraulic conductivity. The estimates obtained by the Darcy-Buckingham equation for percolation levels using function K(θ) predicted by the method of Hillel et al. (1972) provided compatible water percolation estimates with those obtained in the lysimeter at time intervals greater than 1 h. The methods of Libardi et al. (1980), Sisson et al. (1980) and van Genuchten (1980) underestimated water percolation.

Water Balance Components in Covered and Uncovered Soil Growing Irrigated Muskmelon

ABSTRACT Knowledge of the terms (or processes) of the soil water balance equation or simply the components of the soil water balance over the cycle of an agricultural crop is essential for soil and water management. Thus, the aim of this study was to analyze these components in a Cambissolo Háplico (Haplocambids) growing muskmelon (Cucumis melo L.) under drip irrigation, with covered and uncovered soil, in the municipality of Baraúna, State of Rio Grande do Norte, Brazil (05º 04’ 48” S, 37º 37’ 00” W). Muskmelon, variety AF-646, was cultivated in a flat experimental area (20 × 50 m). The crop was spaced at 2.00 m between rows and 0.35 m between plants, in a total of ten 50-m-long plant rows. At points corresponding to ⅓ and ⅔ of each plant row, four tensiometers (at a distance of 0.1 m from each other) were set up at the depths of 0.1, 0.2, 0.3, and 0.4 m, adjacent to the irrigation line (0.1 m from the plant row), between two selected plants. Five random plant rows were mulched using dry leaves of banana (Musa sp.) along the drip line, forming a 0.5-m-wide strip, which covered an area of 25 m2 per of plant row with covered soil. In the other five rows, there was no covering. Thus, the experiment consisted of two treatments, with 10 replicates, in four phenological stages: initial (7-22 DAS - days after sowing), growing (22-40 DAS), fruiting (40-58 DAS) and maturation (58-70 DAS). Rainfall was measured with a rain gauge and water storage was estimated by the trapezoidal method, based on tensiometer readings and soil water retention curves. For soil water flux densities at 0.3 m, the tensiometers at the depths of 0.2, 0.3, and 0.4 m were considered; the tensiometer at 0.3 m was used to estimate soil water content from the soil water retention curve at this depth, and the other two to calculate the total potential gradient. Flux densities were calculated through use of the Darcy-Buckingham equation, with hydraulic conductivity determined by the instantaneous profile method. Crop actual evapotranspiration was calculated as the unknown of the soil water balance equation. The soil water balance method is effective in estimating the actual evapotranspiration of irrigated muskmelon; there was no significant effect of soil coverage on capillary rise, internal drainage, crop actual evapotranspiration, and muskmelon yield compared with the uncovered soil; the transport of water caused by evaporation in the uncovered soil was controlled by the break in capillarity at the soil-atmosphere interface, which caused similar water dynamics for both management practices applied.