Spatial relationships between soil attributes and corn yield in no-tillage system

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Discrimination of geomorphic surfaces with multivariate analysis of soil attributes in sandstone - basalt lithosequence

O conceito de superfície geomórfica permite uma interligação entre os diferentes ramos da ciência do solo, tais como geologia, geomorfologia e pedologia. Esta associação favorece a compreensão da distribuição espacial dos solos na paisagem, e torna possível compreender o comportamento dos atributos do solo, que estão principalmente relacionadas com a estratigrafia e formas do relevo. Assim, este estudo visa à aplicação da estatística multivariada para categorizar superfícies geomórficas em uma litossequência arenito-basalto, de modo a fornecer uma base para a avaliação do solo em áreas afins. A área de estudo está localizada no município de Pereira Barreto, São Paulo, Brasil. A área escolhida possui 530 hectares, onde foram localizadas e mapeadas três superfícies geomórficas (I, II e III). Na área, 134 amostras foram coletadas nas profundidades de 0,0-0,2 m e 0,8-1,0 m, foram determinados os conteúdos de areia, silte e argila, pH em CaCl2, conteúdo de MO, P, Ca, Mg, K, Al e H+Al. Com base nos resultados, foram realizadas a análise univariada e multivariada de variância, clusters e principal componente, a fim de comparar as três superfícies geomórficas. A análise estatística univariada dos atributos do solo não foi eficiente na identificação das três superfícies geomórficas. Utilizando-se os atributos físicos e químicos do solo, as técnicas estatísticas multivariada permitiram à separação dos três grupos de corpos naturais do solo que foram equivalentes as três superfícies geomórficas mapeadas. Estes resultados são interessantes, pois demonstram a viabilidade da utilização de classificação numérica das superfícies geomórficas para ajudar no mapeamento de solo.

Terrain forms and spatial variability of soil properties in an area cultivatedwith citrus

A técnica de agricultura de precisão e a relação solo-paisagem permitem delimitar áreas para o manejo localizado, o que permite a aplicação localizada de insumos agrícolas e, consequentemente, pode contribuir para a preservação de recursos naturais. Portanto, o objetivo deste trabalho foi caracterizar a variabilidade espacial das propriedades químicas e do teor de argila, no contexto da relação solo-paisagem, em um Latossolo sob cultivo de citros. Amostras de solo foram coletadas na profundidade de 0,0-0,2 m, em uma área de 83,5 ha cultivada com citros, na forma de malha, com intervalos regulares de 50 m, com 129 pontos na forma de relevo côncava e 206 pontos na forma plana, totalizando 335 pontos. Os valores obtidos para as variáveis que expressam as propriedades químicas e para o teor de argila do solo foram submetidos à análise estatística descritiva e geoestatística com a modelagem de semivariogramas para a confecção de mapas de krigagem. Os valores de alcance e mapas de krigagem indicaram maiores variabilidades na forma de relevo côncava (segmento topo), quando comparada com a forma plana (segmentos meia encosta e encosta inferior). A identificação de diferentes formas de relevo mostrou-se eficiente no entendimento da variabilidade espacial das propriedades químicas e do teor de argila do solo sob cultivo de citros.

Spatial variability of soil physical properties in two management systems in sugarcane crop

O objetivo deste trabalho foi caracterizar a variabilidade espacial da densidade do solo (Ds), teor de água no solo (θ) e porosidade total (Pt) em dois sistemas de manejo da colheita da cana-de-açúcar, com queima e sem queima, em um Latossolo Vermelho, na camada de 0-0,20 m. A área de estudo está localizada no município de Rio Brilhante-MS, na Usina Eldorado. A parcela de cada talhão apresentou malha com comprimento de 180 m e largura de 145,6 m, perfazendo 90 pontos distribuídos na forma de uma grade de nove colunas por dez linhas, com pontos distanciados 20 m de seu vizinho. Foram coletadas amostras de solo na camada de 0-0,20 m, nos anos agrícolas de 2007/2008 e 2008/2009. O sistema de colheita com queima apresentou maior densidade em relação ao mecanizado, nos dois períodos de análise. O teor de água no solo, assim como a porosidade, teve aumento proporcional com relação à diminuição da densidade do sistema de colheita com queima para com o mecanizado.

Soil sampling intensity and spatial distribution pattern of soils attributes and corn yield in no-tillage system

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Spatial variability of forage yield and soil physical attributes of a Brachiaria decumbens pasture in the Brazilian Cerrado

The objective of this study was to analyze variability, linear and spatial correlations of forage dry mass yield (FDM) and dry matter percentage (DM%) of Brachiaria decumbens with the bulk density (BD), gravimetric (GM) and volumetric (VM) moisture, mechanical resistance to penetration (RP) and organic matter content (OM), at depths 1 (0-0.10 m) and 2 (0.10-0.20 m), in a Red Latosol (Oxisol), in order to select an indicator of soil physical quality and identify possible causes of pasture degradation. The geostatistical grid was installed to collect soil and plant data, with 121 sampling points, over an area of 2.56 ha. The linear correlation between FDM × DM% and FDM × BD2 was low, but highly significant. Spatial correlations varied inversely and positively, respectively. Except for DM% and BD, at both depths, the other attributes showed average to high variability, indicating a heterogeneous environment. Thus, geostatistics emerges as an important tool in understanding the interactions in pasture ecosystems, in order to minimize possible causes of degradation and indicate better alternatives for soil-plant-animal management. The decrease in FDM and increased BD1 are indicators of physical degradation (compaction) of Red Latosol (Oxisol), particularly in the places with the highest concentration of animals and excessive trampling, in Cerrado conditions, in the municipality of Selvíria, Mato Grosso do Sul State, Brazil.

Mapping soil pollution by spatial analysis and fuzzy classification

Spatial analysis and fuzzy classification techniques were used to estimate the spatial distributions of heavy metals in soil. The work was applied to soils in a coastal region that is characterized by intense urban occupation and large numbers of different industries. Concentrations of heavy metals were determined using geostatistical techniques and classes of risk were defined using fuzzy classification. The resulting prediction mappings identify the locations of high concentrations of Pb, Zn, Ni, and Cu in topsoils of the study area. The maps show that areas of high pollution of Ni and Cu are located at the northeast, where there is a predominance of industrial and agricultural activities; Pb and Zn also occur in high concentrations in the northeast, but the maps also show significant concentrations of Pb and Zn in other areas, mainly in the central and southeastern parts, where there are urban leisure activities and trade centers. Maps were also prepared showing levels of pollution risk. These maps show that (1) Cu presents a large pollution risk in the north-northwest, midwest, and southeast sectors, (2) Pb represents a moderate risk in most areas, (3) Zn generally exhibits low risk, and (4) Ni represents either low risk or no risk in the studied area. This study shows that combining geostatistics with fuzzy theory can provide results that offer insight into risk assessment for environmental pollution.

Spatial variability of the physical and mineralogical properties of the soil from the areas with variation in landscape shapes

Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência das formas do relevo na variabilidade espacial de atributos físicos e suas relações com a mineralogia da argila de um Latossolo Vermelho eutroférrico, utilizando a técnica da geoestatística. Os solos foram amostrados nos pontos de cruzamento de uma malha, com intervalos regulares de 10 m, nas profundidades de 0,0-0,2 m, 0,2-0,4 m e 0,4-0,6 m para os atributos físicos e 0,6-0,8 m para os atributos mineralógicos. Os valores médios para a densidade do solo e resistência do solo à penetração são maiores no compartimento I onde a relação Ct/Ct+Gb é relativamente maior, indicando a presença de maior teor de caulinita. No compartimento II a condutividade hidráulica e a macroporsidade são maiores, influenciados provavelmente pelo predomínio da gibbsita. Portanto, conclui-se que a identificação das pedoformas é muito eficiente para compreender a variabilidade espacial de propriedades do solo. Sendo que, as variações na forma da paisagem promovem variabilidade espacial diferenciada das propriedades físicas e mineralógicas do solo.

Spatial and linear correlations between soil and corn

O conjunto de tecnologias aplicadas ao sistema de produção agrícola tem como características principais a verticalização da produtividade, diminuição de custos, melhoria nas características físicas, químicas e biológicas do solo para proporcionarem o crescimento sustentável do meio de produção. Desta forma, o trabalho teve como objetivo determinar a variabilidade e as correlações lineares e especiais entre os atributos da planta e do solo, visando selecionar um indicador da qualidade física do solo de boa representatividade para produção de forragem. No ano agrícola de 2006, na Fazenda Bonança, município de Pereira Barreto (SP), foram analisados a produtividade de forragem do milho outonal (FDM) em sistema plantio direto irrigado e os atributos físicos do solo, num Latossolo Vermelho distrófico. O objetivo foi estudar a variabilidade e as correlações lineares e espaciais entre os atributos da planta e os do solo, visando selecionar um indicador da qualidade física do solo de boa representatividade para a produtividade da forragem. Foi instalada a malha geoestatística, para coleta de dados do solo e planta, contendo 125 pontos amostrais, numa área de 2.500 m². Os atributos estudados, além de não terem variado aleatoriamente, apresentaram variabilidade dos dados entre baixa e muito alta e seguiram padrões espaciais bem definidos, com alcances entre 7,8 e 38,0 m. Por outro lado, a correlação linear entre os atributos da planta com o do solo foi baixa e extremamente significativa. Os pares Massa Seca de forragem versus Microporosidade e Diâmetro do colmo versus Densidade do Solo foram melhor correlacionados na camada de 0-0.10m, enquanto os outros pares - Massa Seca de Forragem versus Macroporosidade - e Porosidade Total - apresentaram correlação inversa para a mesma camada. Entretanto, do ponto de vista espacial, houve uma alta correlação inversa entre Massa Seca de Forragem com Microporosidade, de modo que a microporosidade na camada de 0-0.10m pode ser considerada um bom indicador de qualidade física do solo, tendo em vista a produção de forragem de milho.

Uncertainties in the prediction of spatial variability of soil CO2 emissions and related properties

A emissão de CO2 do solo apresenta alta variabilidade espacial, devido à grande dependência espacial observada nas propriedades do solo que a influenciam. Neste estudo, objetivou-se: caracterizar e relacionar a variabilidade espacial da respiração do solo e propriedades relacionadas; avaliar a acurácia dos resultados fornecidos pelo método da krigagem ordinária e simulação sequencial gaussiana; e avaliar a incerteza na predição da variabilidade espacial da emissão de CO2 do solo e demais propriedades utilizando a simulação sequencial gaussiana. O estudo foi conduzido em uma malha amostral irregular com 141 pontos, instalada sobre a cultura de cana-de-açúcar. Nesses pontos foram avaliados a emissão de CO2 do solo, a temperatura do solo, a porosidade livre de água, o teor de matéria orgânica e a densidade do solo. Todas as variáveis apresentaram estrutura de dependência espacial. A emissão de CO2 do solo mostrou correlações positivas com a matéria orgânica (r = 0,25, p < 0,05) e a porosidade livre de água (r = 0,27, p <0,01) e negativa com a densidade do solo (r = -0,41, p < 0,01). No entanto, quando os valores estimados espacialmente (N=8833) são considerados, a porosidade livre de água passa a ser a principal variável responsável pelas características espaciais da respiração do solo, apresentando correlação de 0,26 (p < 0,01). As simulações individuais propiciaram, para todas as variáveis analisadas, melhor reprodução das funções de distribuição acumuladas e dos variogramas, em comparação à krigagem e estimativa E-type. As maiores incertezas na predição da emissão de CO2 estiveram associadas às regiões da área estudada com maiores valores observados e estimados, produzindo estimativas, ao longo do período estudado, de 0,18 a 1,85 t CO2 ha-1, dependendo dos diferentes cenários simulados. O conhecimento das incertezas gerado por meio dos diferentes cenários de estimativa pode ser incluído em inventários de gases do efeito estufa, resultando em estimativas mais conservadoras do potencial de emissão desses gases.

Prediction and spatial variability of soil dynamic properties in sugar cane fields of São Paulo State Brazil

The objective of this work was to model and diagnose the spatial variability of soil load support capacity (SLSC) in sugar cane crop fields, as well as to evaluate the management impact on São Paulo State soil structure. The investigated variables were: pressure preconsolidation (sigma(p)), apparent cohesion () and internal friction angle (). The conclusions from the results were that the models and spatial dependence maps constitute important tools in the prediction and location of the mechanical internal strength of soils cultivated with sugar cane. They will help future soil management decisions so that soil structure sustainability will not be compromised.

Spatial variability of soil attributes and sugarcane yield in relation to topographic location

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Spatial variability of infiltration and its relationship to some physical properties

Water infiltration into soil is one of the basic factors for estimating irrigation intensity according to the plants' requirements; this is aimed at avoiding problems of surface run-off and degradation. The purpose of the present investigation was to determine the spatial variation of infiltration and its relationship to some physical properties of soil by means of geostatistical techniques in Typic Plinthaquult soils having average texture and flat relief. A 113 point mesh was designned, having a regular distance of 10 m between points, samples being taken from 0 to 0.20 meters depth. Sand, silt and clay content, bulk density, macroporosity, microporosity and total porosity were determined. Infiltration tests were carried out in the field by means of a 15 cm diameter ring. Descriptive statistics and geostatistics were used for analysing the data. Infiltration, silt and microporosity data did not fit a normal distribution curve. Infiltration had high variability, having an average 36.03 mm h(-1). Total porosity was 56.73%, this being the only property that did not show spatial dependency. The smallest ranges were observed for bulk density, macroporosity and microporosity, having values of less than 40 m. The smallest degrees of spatial dependence were observed for infiltration, silt and clay, evidence also being shown of the influence of silt and clay on infiltration rate. Contour maps were constructed; fitting them to the semivariogram models, together with studying the correlations, led to establishing relationships between the properties.

Spatial and temporal variability in soil CO2-C emissions and relation to soil temperature at King George Island, maritime Antarctica

Few studies have examined the effects of temperature on spatial and temporal trends in soil CO2-C emissions in Antarctica. In this work, we present in situ measurements of CO2-C emissions and assess their relation with soil temperature, using dynamic chambers. We found an exponential relation between CO2 emissions and soil temperature, with the value of Q10 being close to 2.1. Mean emission rates were as low as 0.026 and 0.072 g of CO2-C m-2 h-1 for bare soil and soil covered with moss, respectively, and as high as 0.162 g of CO2-C m-2 h-1 for soil covered with grass, Deschampsia antarctica Desv. (Poaceae). A spatial variability analysis conducted using a 60-point grid, for an area with mosses (Sannionia uncianata) and D. antarctica, yielded a spherical semivariogram model for CO2-C emissions with a range of 1 m. The results suggest that soil temperature is a controlling factor on temporal variations in soil CO2-C emissions, although spatial variations appear to be more strongly related to the distribution of vegetation types. © 2010 Elsevier B.V. and NIPR.

Spatial distribution of Yellow Sigatoka Leaf Spot correlated with soil fertility and plant nutrition

This study analyzed the spatial distribution of Yellow Sigatoka Leaf Spot relative to soil fertility and plant nutritional status using geostatistics. The experimental area comprised 1.2 ha, where 27 points were georeferenced and spaced on a regular grid 18 × 18 m. The severity of Yellow Sigatoka, soil fertility and plant nutritional status were evaluated at each point. The spherical model was adjusted for all variables using restricted maximum likelihood. Kriging maps showed the highest infection rate of Sigatoka occurred in high areas of the field which had the highest concentration of sand, while the lowest disease was found in lower areas with lower silt, organic matter, total exchangeable bases, effective cation exchange capacity, base saturation, Ca and Mg in soil, and foliar sulfur (S). These results may help farmers manage Yellow Sigatoka disease more effectively, with balanced fertilization and reduced fungicide application. This practice minimizes the environmental impact and cost of production while contributing to production sustainability.