Improvement of a testing apparatus for dynamometry: procedures for penetrometry and influence of strain rate to quantify the tensile strength of soil aggregates

Soil penetration resistance (PR) and the tensile strength of aggregates (TS) are commonly used to characterize the physical and structural conditions of agricultural soils. This study aimed to assess the functionality of a dynamometry apparatus by linear speed and position control automation of its mobile base to measure PR and TS. The proposed equipment was used for PR measurement in undisturbed samples of a clayey "Nitossolo Vermelho eutroférrico" (Kandiudalfic Eutrudox) under rubber trees sampled in two positions (within and between rows). These samples were also used to measure the volumetric soil water content and bulk density, and determine the soil resistance to penetration curve (SRPC). The TS was measured in a sandy loam "Latossolo Vermelho distrófico" (LVd) - Typic Haplustox - and in a very clayey "Nitossolo Vermelho distroférrico" (NVdf) - Typic Paleudalf - under different uses: LVd under "annual crops" and "native forest", NVdf under "annual crops" and "eucalyptus plantation" (> 30 years old). To measure TS, different strain rates were applied using two dynamometry testing devices: a reference machine (0.03 mm s-1), which has been widely used in other studies, and the proposed equipment (1.55 mm s-1). The determination coefficient values of the SRPC were high (R² > 0.9), regardless of the sampling position. Mean TS values in LVd and NVdf obtained with the proposed equipment did not differ (p > 0.05) from those of the reference testing apparatus, regardless of land use and soil type. Results indicate that PR and TS can be measured faster and accurately by the proposed procedure.

Desenvolvimento de um consolidômetro pneumático: modelagem da compactação, penetrometria e resistência tênsil de agregados de solo

A compactação é um dos processos responsáveis pela degradação física do solo que pode ocasionar a perda da sustentabilidade da produção agrícola. Assim, é fundamental dispor de estratégias instrumentais para quantificar as propriedades físicas que são influenciadas pela compactação e utilizadas para avaliar a qualidade do solo. Os objetivos deste trabalho foram: desenvolver um consolidômetro com propulsão pneumática de baixo custo; avaliar sua funcionalidade mediante estudo do comportamento compressivo de um Latossolo Vermelho distrófico de textura argilo-arenosa sob plantio direto; e avaliar o potencial de utilização da propulsão pneumática para determinações de resistência do solo à penetração (RP) e de resistência tênsil de agregados (RT). A avaliação do comportamento compressivo do solo foi realizada mediante curvas de compressão, utilizando amostras indeformadas, obtidas das posições de amostragem relativas à linha e à entrelinha da cultura de aveia-preta. Nessas amostras, foram realizados ensaios de compressão uniaxial em condição de teor de água correspondente ao potencial mátrico de -10 kPa, sendo determinados o índice de compressão (IC) e a pressão de preconsolidação (σp), bem como suas relações com outras propriedades físicas do solo. A RP foi determinada em amostras indeformadas de um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico de textura franco-arenosa sob citros. Para as determinações da RT foram utilizados agregados de dois solos: um Argissolo Acinzentado distrófico arênico coeso e um Argissolo Amarelo distrófico arênico. Os resultados mostram que a densidade do solo, antes do ensaio de compressão uniaxial, foi maior (p < 0,05) para a entrelinha da cultura de aveia-preta. A curva de compressão foi sensível às alterações estruturais do solo entre as posições de amostragem; a σp e o IC indicaram, respectivamente, maior capacidade de suporte de carga e menor suscetibilidade à compactação (p < 0,05) para a entrelinha da cultura de aveia-preta. A utilização de propulsão pneumática não influenciou os resultados da RP e da RT. Isso permite concluir que a curva de compressão do solo, a RP e a RT podem ser determinadas utilizando o equipamento desenvolvido neste estudo.

Resistência à erosão em ravinas, em latossolo argiloarenoso

As ravinas consistem em uma das formas de erosão hídrica com escoamento superficial concentrado em encostas de áreas degradadas e, ainda, sem escoamentos de subsuperfície. Os objetivos deste trabalho foram estudar o comportamento hidráulico do escoamento superficial das ravinas e determinar a erodibilidade (Kr) e a tensão crítica de cisalhamento (τc) na superfície de ravinas e, também, a erodibilidade (Kr) ao longo do perfil de encostas degradadas do litoral do Estado de Pernambuco. O experimento foi realizado em 2005, em um Latossolo Amarelo de textura argilosa pertencente à Formação Barreiras no município do Cabo de Santo Agostinho, PE. As parcelas foram delimitadas por chapas metálicas cravadas no solo no sentido do declive (1,0 m de largura por 3,0 m de comprimento). Os testes consistiram na aplicação de quatro níveis de vazão, determinando-se o volume de descarga líquida e a massa de sedimentos desagregados. As taxas de desagregação de solo foram lineares em relação às tensões de cisalhamento. Na superfície das ravinas, a erodibilidade (Kr) foi de 0,0016 kg N-1 s-1 e a tensão crítica de cisalhamento, de τc = 4,37 Pa. O baixo valor de erodibilidade e o alto de tensão crítica de cisalhamento de τc obtidos na superfície das ravinas possivelmente decorreram da formação de uma crosta superficial originada por ciclos de umedecimento e secagem. A erodibilidade (Kr) em profundidade variou entre 0,012 e 0,070 kg N-1 s-1, em função do teor de argila. O regime do escoamento superficial nas ravinas foi turbulento supercrítico e, portanto, semelhante ao do escoamento superficial nos sulcos de erosão, como descrito na literatura.

Ammonia losses estimated by an open collector from urea applied to sugarcane straw

The quantification of ammonia (NH3) losses from sugarcane straw fertilized with urea can be performed with collectors that recover the NH3 in acid-treated absorbers. Thus, the use of an open NH3 collector with a polytetrafluoroethylene (PTFE)-wrapped absorber is an interesting option since its cost is low, handling easy and microclimatic conditions irrelevant. The aim of this study was to evaluate the efficiency of an open collector for quantifying NH3-N volatilized from urea applied over the sugarcane straw. The experiment was carried out in a sugarcane field located near Piracicaba, São Paulo, Brazil. The NH3-N losses were estimated using a semi-open static collector calibrated with 15N (reference method) and an open collector with an absorber wrapped in PTFE film. Urea was applied to the soil surface in treatments corresponding to rates of 50, 100, 150 and 200 kg ha-1 N. Applying urea-N fertilizer on sugarcane straw resulted in losses NH3-N up to 24 % of the applied rate. The amount of volatile NH3-N measured in the open and the semi-open static collector did not differ. The effectiveness of the collection system varied non-linearly, with an average value of 58.4 % for the range of 100 to 200 kg ha-1 of urea-N. The open collector showed significant potential for use; however, further research is needed to verify the suitability of the proposed method.

Qualidade física de um Latossolo Vermelho cultivado com soja submetido a níveis de compactação e de irrigação

Manter uma boa qualidade física do solo é importante para preservar o meio ambiente, além de maximizar a produtividade das plantas. Um solo compactado poderá interferir na densidade, na porosidade e na resistência do solo à penetração, influenciando no crescimento radicular. A presente pesquisa objetivou avaliar a qualidade física de um Latossolo Vermelho eutroférrico, textura argilosa, com a cultivar de soja CAC-1, submetido a quatro níveis de compactação e três níveis de irrigação, utilizando os atributos físicos do solo, assim como a correlação do sistema radicular com a produtividade da cultura. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, com parcelas subdivididas, com quatro repetições. Os níveis de compactação foram: C0 = 0, C2 = 2, C4 = 4 e C6 = 6 passadas, no mesmo local, de um trator de 11 t. Foram coletadas amostras indeformadas de solo nas entrelinhas da cultura da soja, para determinação dos atributos físicos, nas camadas de 0-0,10 e 0,10-0,20 m. A produtividade máxima da soja foi obtida com a resistência do solo à penetração de 0,71 MPa. O sistema radicular correlacionou-se inversamente com a produtividade da soja.

Qualidade física de um latossolo vermelho sob plantio direto submetido à descompactação mecânica e biológica

A escarificação e o uso de plantas de cobertura de inverno têm sido adotados para promover a melhoria dos atributos físicos do solo relacionados à aeração. O objetivo deste trabalho foi verificar o efeito das plantas de cobertura de inverno e escarificação nas propriedades físicas de um Latossolo Vermelho distrófico, textura argilosa, após 16 anos em sistema plantio direto. Os tratamentos foram realizados em maio de 2009 e consistiram de: plantio direto (PD), plantio direto com escarificação mecânica a 0,25 m (PD-E) e plantio direto com descompactação biológica por meio da cultura do nabo forrageiro (PD-B). O delineamento experimental foi em blocos ao acaso com quatro repetições, totalizando 12 unidades experimentais. Dezoito meses após a aplicação dos tratamentos, foram coletadas amostras indeformadas de solo em cada unidade experimental, em cinco camadas: 0,0-0,1; 0,1-0,2; 0,2-0,3; 0,3-0,4; e 0,4-0,5 m. Foram avaliados os atributos físicos do solo: porosidade, densidade do solo (Ds), permeabilidade ao ar (Ka) e índices de continuidade de poros. A Ka foi medida por meio de um permeâmetro de carga constante de ar em nove potenciais mátricos (ψm): -0,5; -1; -2; -3; -5; -7; -10; -50; e -100 kPa. Os resultados indicam que os atributos físicos do solo avaliados não foram alterados pelo uso de plantas de cobertura e escarificação. Por outro lado, houve diferenças entre camadas de solo, principalmente entre 0,0-0,1 e 0,1-0,2 m. Na camada de 0,1-0,2 m, a Ds foi maior e a porosidade total e Ka (ψm = -5 kPa) foram menores do que na camada de 0,0-0,1 m. No PD-E, verificou-se que a macroporosidade foi maior na camada de 0,0-0,1 m em comparação com os outros tratamentos. Os resultados sugerem que o solo estudado submetido aos tratamentos de descompactação, após 18 meses, retornou a valores semelhantes aos da testemunha.

Resiliência física de dois latossolos vermelhos sob plantio direto

A resiliência física de solos é proveniente de processos regenerativos que incluem ciclos de umedecimento e secamento, congelamento e descongelamento, assim como as atividades biológicas. Este estudo testou a hipótese de que as propriedades físicas do solo, como a permeabilidade do solo ao ar, densidade do solo, porosidade de aeração e porosidade total, são indicadores físicos eficientes para quantificar a resiliência de solos de diferentes texturas submetidos ao estresse mecânico (compactação) e após subsequentes ciclos de umedecimento e secamento. O objetivo foi avaliar o comportamento e a resiliência do solo por meio de propriedades físicas de dois Latossolos Vermelhos. Foram retiradas 25 amostras indeformadas (0,00-0,05 m) de dois solos: solo I, com textura argilosa, e solo II, com textura franco-argilo-arenosa, realizando as determinações das propriedades físicas nos tratamentos: antes da compactação (A), depois da compactação (C0) e após ciclos de umedecimento e secamento (C1, C2, C3 e C4). As propriedades densidade do solo e porosidade total não apresentaram recuperação da condição inicial após a compactação nos solos I e II; as propriedades conteúdo volumétrico de água e porosidade de aeração mostraram recuperação parcial apenas no solo I; e a permeabilidade do solo ao ar foi a propriedade que apresentou a melhor recuperação e a maior resiliência. Em relação ao distinto comportamento dos dois solos, observou-se que o solo I foi mais resiliente que o solo II nas propriedades que apresentaram recuperação.

Incubation methods for assessing mineralizable nitrogen in soils under sugarcane

Considering nitrogen mineralization (N) of soil organic matter is a key aspect for the efficient management of N fertilizers in agricultural systems. Long-term aerobic incubation is the standard technique for calibrating the chemical extraction methods used to estimate the potentially mineralizable N in soil. However, the technique is laborious, expensive and time-consuming. In this context, the aims of this study were to determine the amount of soil mineralizable N in the 0-60 cm layer and to evaluate the use of short-term anaerobic incubation instead of long-term aerobic incubation for the estimation of net N mineralization rates in soils under sugarcane. Five soils from areas without previous N fertilization were used in the layers 0-20, 20-40 and 40-60 cm. Soil samples were aerobically incubated at 35 ºC for 32 weeks or anaerobically incubated (waterlogged) at 40 ºC for seven days to determine the net soil N mineralization. The sand, silt and clay contents were highly correlated with the indexes used for predicting mineralizable N. The 0-40 cm layer was the best sampling depth for the estimation of soil mineralizable N, while in the 40-60 cm layer net N mineralization was low in both incubation procedures. Anaerobic incubation provided reliable estimates of mineralizable N in the soil that correlated well with the indexes obtained using aerobic incubation. The inclusion of the pre-existing NH4+-N content improved the reliability of the estimate of mineralizable N obtained using anaerobic incubation.

Qualidade estrutural de um latossolo vermelho submetido à compactação

A modificação estrutural do solo provocada pela sua compactação é fator limitante ao crescimento e desenvolvimento das plantas. O objetivo desta pesquisa foi avaliar, em um Latossolo Vermelho eutroférrico no município de Jaboticabal, SP, os parâmetros físicos do solo como a estabilidade de agregados, a condutividade hidráulica e o índice "S". O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com parcelas subdivididas (quatro níveis de compactação e duas profundidades), com quatro repetições e uma área de mata nativa (MN) como testemunha. Os tratamentos de compactação foram: C0= 0; C1= 2; C2= 4; e C3= 6 passadas de um trator de 11 Mg. Verificou-se que a MN apresentou elevada relação aos índices diâmetro médio geométrico (DMG) e diâmetro médio ponderado (DMP), que constaram agregados maiores e mais estáveis em comparação aos demais tratamentos estudados. Foi obtido o valor de "S" de 0,036 e redução nos níveis mais compactados para 0,026, visto que a compactação reduziu o valor de "S", que atingiu o valor limitante (< 0,035), apesar da mineralogia oxídica do solo analisado.

Deep subsoiling of a subsurface-compacted typical hapludult under citrus orchard

Soil management practices which increase the root depth penetration of citrus are important to the longevity and yield maintenance of this plant, especially in regions where long periods of drought are common, even in soil conventionally subsoiled to a depth of 30-40 cm, when the orchard was first established. The objective of this study was to evaluate the efficiency of subsoiling on the physical and hydric properties of a Typical Hapludult and fruit yield in a 14-year-old citrus orchard located in Piracicaba, SP. The treatments consisted of: no-subsoiling (with no tilling of the soil after the orchard was planted); subsoiling on one side of the plant lines (SUB. 1); and subsoiling on both sides of the plant lines (SUB. 2). The subsoiling treatments were carried out 1.5 m from the plant lines and to a depth of 0.8 m. Soil samples were taken 120 days after this operation, at four depths, in order to determine physical and hydric properties. Fruit yield was evaluated 150 days after subsoiling. Subsoiling between the plant lines of an old established citrus orchard alters the physical and hydric properties of the soil, which is reflected in increased soil macroporosity and unsaturated hydraulic conductivity, and reduced soil bulk density, critical degree-of-compactness and penetration resistance. The improvements in the physical and hydric properties of the soil were related to an increase in fruit number and orchard yield.

Intervalo hídrico ótimo em um Latossolo vermelho cultivado em sistema semeadura direta por 25 anos

O Intervalo Hídrico Ótimo (IHO) integra atributos físicos do solo relacionados ao crescimento das culturas e corresponde ao intervalo entre os limites superior e inferior do conteúdo de água no solo, no qual são mínimas as limitações para o crescimento radicular. Em áreas agrícolas, o manejo do solo pode alterar sua estrutura, de forma que, principalmente em razão da compactação, a densidade do solo (Ds) poderá ficar fora desses limites em que as condições são ideais para o crescimento das plantas. O objetivo deste trabalho foi utilizar o IHO para avaliação da qualidade física do solo e identificação de áreas com restrição para crescimento de plantas, visando ao manejo localizado. O estudo foi realizado em um Latossolo Vermelho argiloso sob sistema semeadura direta (SSD) com cultivos sucessivos de grãos por 25 anos em Campinas, SP. Foram coletadas amostras volumétricas de solo, nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m, destinadas à obtenção dos seguintes atributos: Ds, curva de resistência à penetração, curva de retenção de água e porosidade do solo para determinação do IHO e da densidade crítica do solo (Dsc). Dados de variabilidade e dependência espacial da Ds foram analisados por semivariogramas para elaboração de mapas desse atributo. O IHO diminuiu em profundidade e foi limitado na parte superior pela umidade na capacidade de campo e na parte inferior pela resistência à penetração, nas três profundidades avaliadas. A Dsc foi de 1,42 Mg m-3 para a camada de 0,00-0,10 m e de 1,39 e 1,41 Mg m-3, respectivamente, para as camadas de 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m. Verificou-se que a Ds foi maior que a Dsc nas camadas de 0,00-0,10 e 0,10-0,20 m, em porções localizadas no terço inferior do terreno, indicando condição crítica para o crescimento das plantas. A utilização do IHO, associado a mapas de variabilidade espacial da Ds, para determinação de pontos em que ela é maior que a Dsc, auxilia a tomada de decisão para intervenção ou modificação do manejo do solo, enquanto que o critério de escolha do valor crítico da resistência à penetração pode contribuir para a interpretação dos resultados de campo.

Método alternativo para quantificação do intervalo hídrico ótimo em laboratório

O intervalo hídrico ótimo (IHO) é definido pela amplitude do teor de água (θ) no solo em que são mínimas as limitações ao crescimento vegetal, associadas à disponibilidade de água, aeração e resistência do solo à penetração (RP). Em geral, a determinação do IHO exige equipamentos de elevado custo, sendo laboriosa a obtenção dos dados de retenção de água e RP. O uso de membranas de pressão e placas porosas de Richards exige longo tempo para definir a curva de retenção de água no solo (CRA) em função do tempo de equilíbrio hidráulico, o qual depende das dimensões da amostra, do tipo de solo e da pressão aplicada. Atualmente, há disponibilidade de equipamentos para determinar o potencial de água do solo (ψ) com rapidez e menor custo como tensiômetros e equipamentos psicrométricos. O objetivo deste trabalho foi quantificar o IHO a partir do secamento de amostras indeformadas de solo em estufa elétrica com ventilação de ar e temperatura de 40 ºC (tempos de secamento de 20, 40, 60, 80, 100, 120, 180, 240, 300, 360 e 420 min), com subsequentes medições de ψ, utilizando tensiômetro ou psicrômetro, e medidas de RP, usando um penetrômetro eletrônico com aquisição automatizada de dados. A CRA e a curva de resistência do solo à penetração (CRS) foram adequadamente descritas utilizando o método proposto, que permitiu obter dados de θ e de RP em 10 dias e possibilitou ajuste acurado dos dados para descrever o IHO e alcançar a densidade crítica do solo (Dsc).

Adubação fosfatada no crescimento inicial e na nutrição de mudas de pinhão-manso

O pinhão-manso (Jatropha curcas L.) é uma espécie oleaginosa perene que tem despertado interesse econômico para produção de biodiesel. A fim de viabilizar o cultivo dessa espécie, é fundamental determinar, entre outras coisas, as suas demandas nutricionais. Objetivou-se avaliar o crescimento inicial e a nutrição mineral do pinhão-manso, bem como a fertilidade do solo em razão da adubação fosfatada. O estudo foi desenvolvido sob estufa plástica, em delineamento experimental de blocos casualizados com quatro repetições. As plantas foram cultivadas em vasos plásticos preenchidos com 50 dm³ de um Latossolo Vermelho. Foram avaliadas as doses de 0, 50, 100, 150 e 200 mg dm-3 P, além de um tratamento-controle. Mensalmente, realizou-se a avaliação da altura e do diâmetro de colo das mudas. O estudo foi encerrado 150 dias após o transplantio das mudas, quando se determinaram a área foliar, a massa de matéria seca, os teores foliares e o acúmulo total de macro (N, P, K, Ca, Mg e S) e micronutrientes (B, Cu, Fe, Mn e Zn), além dos atributos químicos do solo. A ausência somente da adubação fosfatada é tão limitante ao crescimento inicial do pinhão-manso quanto a ausência simultânea da adubação e correção do solo. A dose de 57 mg dm-3 de P pode ser indicada para o crescimento inicial do pinhão-manso. O acúmulo total de nutrientes nas mudas de pinhão-manso apresentou a seguinte ordem: K>N>Mg>Ca>P>S>Fe>Mn>B>Zn>Cu. A adubação fosfatada promoveu aumento da capacidade de troca de cátions do solo (CTC).

Harvest managements and cultural practices in sugarcane

The presence of trash from the mechanical harvest of green cane on sugarcane plantations promotes changes in the agricultural management, for example, in the mechanical cultural practices of ratoon cane in-between the rows and nitrogen (N) fertilization. The goal of this study was to evaluate the performance of sugarcane in different harvest systems, associated to the mechanical cultural practices in interrows and N rates. The study was carried out on a sugarcane plantation in Sales Oliveira, São Paulo, Brazil, with the sugarcane variety SP81-3250, on soil classified as Acrudox, in a randomized block design with split-split plots and four replications. The main treatments consisted of harvest systems (harvesting green cane or burnt cane), the secondary treatment consisted of the mechanical cultural practices in the interrows and the tertiary treatments were N rates (0, 30, 60, 90, 120 and 160 kg ha-1), using ammonium nitrate (33 % N) as N source. The harvest systems did not differ in sugarcane yield (tons of cane per hectare - TCH), but in burnt cane, the pol percent and total sugar recovery (TSR) were higher. This could be explained by the higher quantity of plant impurities in the harvested raw material in the system without burning, which reduces the processing quality. Mechanical cultural practices in the interrows after harvest had no effect on cane yield and sugar quality, indicating that this operation can be omitted in areas with mechanical harvesting. The application of N fertilizer at rates of 88 and 144 kg ha-1 N, respectively, increased stalk height and TCH quadratically to the highest values for these variables. For the sugar yield per hectare (in pol %), N fertilization induced a linear increase.

Compared performance of penetrometers and effect of soil water content on penetration resistance measurements

Modern agriculture techniques have a great impact on crops and soil quality, especially by the increased machinery traffic and weight. Several devices have been developed for determining soil properties in the field, aimed at managing compacted areas. Penetrometry is a widely used technique; however, there are several types of penetrometers, which have different action modes that can affect the soil resistance measurement. The objective of this study was to compare the functionality of two penetrometry methods (manual and automated mode) in the field identification of compacted, highly mechanized sugarcane areas, considering the influence of soil water volumetric content (θ) on soil penetration resistance (PR). Three sugarcane fields on a Rhodic Eutrudrox were chosen, under a sequence of harvest systems: one manual harvest (1ManH), one mechanized harvest (1MH) and three mechanized harvests (3MH). The different degrees of mechanization were associated to cumulative compaction processes. An electronic penetrometer was used on PR measurements, so that the rod was introduced into the soil by hand (Manual) and by an electromechanical motor (Auto). The θ was measured in the field with a soil moisture sensor. Results showed an effect of θ on PR measurements and that regression models must be used to correct data before comparing harvesting systems. The rod introduction modes resulted in different mean PR values, where the "Manual" overestimated PR compared to the "Auto" mode at low θ.