Modelagem numérica para o processo da evaporação da água do solo

Foram realizados vários ensaios laboratoriais para avaliar o desempenho de um modelo numérico em simular o processo unidimensional da evaporação da água do solo. Este modelo foi desenvolvido a partir da linearização da equação de Richards no espaço e do uso da técnica iterativa de Newton-Raphson, para resolver essa equação não-linear no tempo, e leva em conta o fluxo de vapor dentro do perfil de solo e a taxa de evaporação na sua superfície. Os resultados mostraram que o modelo foi capaz de simular satisfatoriamente o processo, tanto em meios porosos homogêneos quanto estratificados

Modelagem da capacidade de suporte de carga e quantificação dos efeitos das operações mecanizadas em um Latossolo Amarelo cultivado com cafeeiros

O Estado de Minas Gerais é o maior produtor de café do Brasil, com mais de 50 % da produção total, sendo grande parte da área cultivada originalmente ocupada por vegetação de cerrado. Essa região é destaque na cafeicultura em razão da alta tecnologia empregada na mecanização, que submete o solo ao tráfego de máquinas, tornando preocupante a possibilidade de disseminação da compactação do solo. Objetivou-se com este estudo: (a) propor modelos de capacidade de suporte de carga de um Latossolo Amarelo distrófico típico (LAd) cultivado com cafeeiro em função da pressão de preconsolidação e da umidade, (b) determinar, com o uso destes modelos, em três profundidades e em duas épocas de amostragem, a influência das operações de manejo na estrutura do Latossolo Amarelo nas estações: seca e chuvosa. As amostragens foram realizadas em três camadas (0-3, 10-13 e 25-28 cm), sendo 30 amostras coletadas no local onde não houve tráfego e 10 amostras na linha de tráfego para cada equipamento, coletadas nos meses de agosto de 2002 e março de 2003 para quantificar seu efeito na estrutura do solo nas duas épocas: seca e chuvosa, respectivamente. As amostras indeformadas foram utilizadas nos ensaios de compressão uniaxial. Foram determinados também granulometria, matéria orgânica, densidade de partículas, limite de contração e limite de plasticidade do solo. O modelo de capacidade de suporte de carga do LAd é expresso pela equação sigmap = 10(2,72-1,17U), em que sigmap significa a pressão de preconsolidação e U a umidade. Os efeitos das operações mecanizadas na lavoura cafeeira foram quantificados com o modelo de capacidade de suporte de carga e com o seu uso foi possível quantificar a influência das operações de manejo na estrutura do Latossolo Amarelo distrófico típico.

Balanço de água por aquisição automática de dados em cultura de trigo (Triticum aestivum L.)

Utilizando técnica de aquisição automática de dados atmosféricos e de teor de água do solo, este trabalho quantificou o consumo diário de água em cultura do trigo em Latossolo Vermelho do município de Ponta Grossa, Estado do Paraná, durante o período de agosto a dezembro de 2003, procurando dar ênfase à contribuição das chuvas e dos fluxos ascendentes de água das camadas mais profundas do solo nesse consumo. Os resultados mostraram que no período monitorado: (a) a lâmina média diária de água evapotranspirada pela cultura do trigo foi de 6,75 mm, com o fluxo ascendente de água no perfil de solo contribuindo com 62 % desse total; (b) as taxas de evapotranspiração estimadas pelo método de Penman e pela equação do balanço hídrico (pedológico) se transladaram no tempo com simetria aproximadamente igual, mas com defasagem aproximada de sete dias, como se o solo respondesse às variações impostas pela atmosfera cerca de uma semana depois; (c) as chuvas tiveram efeito importante no armazenamento de água no solo, contribuindo para elevação das taxas evapotranspirativas; e (d) pelo fato de o potencial mátrico médio na zona das raízes ter-se apresentado próximo do limite crítico para a cultura, concluiu-se que a irrigação poderia produzir impactos potencialmente positivos para a cultura, por disponibilizar mais água no solo e garantir níveis evapotranspirativos mais altos, como é agronomicamente desejável.

Modelagem de atributos físico-hídricos do solo numa bacia hidrográfica da região do Alto Rio Grande, MG

O presente trabalho objetivou desenvolver modelos para estimativa dos atributos físico-hídricos do solo porosidade drenável (PD) e capacidade total de retenção de água (CTA), com base em atributos físicos de fácil e rápida obtenção (textura, argila dispersa em água, volume total de poros, densidade do solo e densidade de partícula) e a determinação de matéria orgânica. Os atributos foram coletados na bacia hidrográfica do Ribeirão Marcela, na camada de 0 a 15 cm, obedecendo aos grids de 240 x 240 e 60 x 60 m, totalizando 165 pontos amostrados. Trabalhou-se com regressão múltipla linear, constituindo-se variáveis por meio da combinação dos diferentes atributos entre si e estimando os respectivos coeficientes pelo método dos mínimos quadrados, utilizando-se o programa SAS for Windows. Os modelos gerados para CTA e PD apresentaram boa qualidade estatística, com elevados coeficientes de determinação, baixos erros de estimativa e variáveis significativas, o que permitiu sua aplicação na estimativa desses atributos na bacia hidrográfica do Ribeirão Marcela, representativa do domínio dos Latossolos na região do Alto Rio Grande, fornecendo assim subsídios para implantação de projetos agrícolas e ambientais, especialmente no auxílio à parametrização de modelos de simulação hidrossedimentológica, os quais estão em desenvolvimento para aplicação na região.

Comportamento espectral dos solos na paisagem a partir de dados coletados por sensores terrestre e orbital

Parte da variabilidade dos índices de produção agrícola está associada com as características do solo e da paisagem. Dessa forma, práticas de manejo, como a adubação, devem levar em consideração esta variabilidade. O sensoriamento remoto é uma ferramenta que pode fornecer, de maneira rápida, informações para o manejo do solo, pois relaciona a radiação eletromagnética com os atributos do solo. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento espectral, em dois níveis de aquisição de dados (terrestre e orbital), de diferentes classes de solos ao longo de toposseqüências na região de São Carlos e Ibaté, SP. Para isso, amostras de terra georreferenciadas foram coletadas em 319 pontos, em três profundidades. Em seguida, obtiveram-se os dados radiométricos em laboratório, na faixa espectral entre 450 e 2.500 nm. Os mesmos locais amostrados na camada superficial, no campo, foram avaliados na imagem de satélite. A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que: (a) teores de areia grossa, argila e matéria orgânica, e cor tiveram relação com a reflectância dos solos; (b) ao longo das vertentes ocorrem variações nos dados espectrais dos solos; e (c) solos da mesma ordem taxonômica, porém com classes texturais diferentes, apresentam diferentes comportamentos espectrais, podendo ser discriminados por sensoriamento remoto.

Modelagem da recomendação de corretivos e fertilizantes para a cultura da soja

A recomendação de adubação para as culturas agrícolas, no Brasil, é feita com base em tabelas que relacionam a classe de disponibilidade do nutriente no solo com a dose a ser aplicada. Este trabalho apresenta uma alternativa para recomendar corretivos e fertilizantes para a cultura da soja, o SIRSo (sistema de recomendação de corretivos e fertilizantes para a cultura da soja). O princípio desse sistema é o balanço nutricional, ou seja, a recomendação se faz a partir da diferença entre o requerimento de nutrientes pela planta e o suprimento de nutrientes pelo solo, por resíduos orgânicos, por fertilizantes e pela calagem. O sistema considera ainda o fator sustentabilidade, visando manter uma quantidade de nutriente no solo capaz de garantir produtividade mínima em cultivos subseqüentes. Para recomendar calagem, o sistema considera dois métodos: a neutralização do Al3+ e a elevação dos teores de Ca2+ + Mg2+, ou a saturação por bases. O requerimento de nutrientes varia com a produtividade esperada de grãos, com as características do solo e com a taxa de recuperação pela planta do nutriente aplicado ao solo. O suprimento pelo solo depende da disponibilidade do nutriente, estimada a partir da análise de solo e da taxa de recuperação pelo extrator do nutriente aplicado. As comparações entre as recomendações geradas pelo SIRSo e aquelas oriundas das tabelas em uso no País mostram, em geral, que o SIRSo recomenda maior quantidade de nutrientes, principalmente de P e K quando consideradas as maiores produtividades, fato confirmado pela análise de sensibilidade, que mostrou grande variação da dose a ser recomendada desses nutrientes com a produtividade de grãos. Esse fato pode ser considerado como vantagem do SIRSo em relação às tabelas, muitas das quais apresentam pouca ou nenhuma variabilidade das doses em relação à produtividade.

Representatividade e potencial de utilização de um banco de dados de solos do Brasil

O Brasil ocupa uma posição de destaque em estudos de solos tropicais, em razão do enorme volume de informações levantadas sobre os solos do país. Entretanto, a disponibilização dessas informações tem-se mostrado pouco eficiente. Com o intuito de ampliar as possibilidades de utilização de uma base de dados de solos de abrangência nacional, elaborada a partir de levantamentos pedológicos de grande amplitude, procedeu-se à sua reestruturação, atualizando a classificação dos perfis de solo que a constituem, seguida de uma avaliação quanto à sua representatividade e potencial para análises qualitativas. Para isso, os dados foram organizados em formato de banco de dados e a classificação pedológica atualizada de acordo com a versão mais recente do Sistema Brasileiro de Classificação de Solos, até o quarto nível categórico. Essa atualização foi, em geral, bastante satisfatória, sobretudo nos três primeiros níveis hierárquicos, com maiores restrições no subgrupo, conforme a análise dos graus de confiabilidade adotados para expressar a exatidão no ajuste do enquadramento taxonômico. Desse modo, ao suprir a carência de uma nomenclatura unificada e ajustada aos critérios atuais que regem a classificação de solos no Brasil, constituiu-se um banco de dados comparável qualitativamente com variáveis externas, como distribuição geográfica, altitude e tipos climáticos. As avaliações realizadas a partir dessa base evidenciaram uma boa representatividade da distribuição dos perfis na grande maioria dos estados da federação, assim como em relação às condições ambientais representadas por zonas e tipos climáticos da classificação de Köppen. Entretanto, não foram constatadas correlações estreitas entre estas variáveis e as classes de solo em nível de ordem, embora algumas tendências gerais tenham sido observadas, como uma significativa proporção de perfis de Vertissolos e Luvissolos sob clima semi-árido (BS). De forma semelhante, a altitude de onde ocorrem as classes de solos foi também muito variável, mas os valores de quartis e mediana indicaram algumas faixas preferenciais. Assim, Cambissolos e Latossolos tendem a ocupar os níveis mais altos da paisagem brasileira, ao passo que 75 % dos perfis de Espodossolos e de Plintossolos situam-se em cotas inferiores a 200 m. Além das potencialidades de uso evidenciadas, a estruturação atual da base de dados permite outras aplicações para atender necessidades específicas de estudo, inclusive no que tange a investigações relacionadas ao sistema de classificação de solos que vem sendo desenvolvido no país.

Distribuição e incerteza da acidez de um latossolo vermelho-amarelo húmico sob cultivo de café

Com o desenvolvimento da agricultura, a utilização de novas alternativas na avaliação das propriedades que influenciam o rendimento das plantas tornou-se indispensável para melhor manejar o sistema agrícola. O objetivo deste trabalho foi utilizar uma ponderação por meio da modelagem fuzzy para estudar, com base em atributos químicos do solo, a propagação de incertezas da acidez de um Latossolo Vermelho-Amarelo húmico cultivado com café arábica. As amostragens de solo foram realizadas na profundidade de 0-20 cm, em uma malha totalizando 50 pontos. Os atributos avaliados foram: pH em H2O, acidez trocável (Al3+), acidez potencial (H + Al) e saturação por Al (m). Os dados foram analisados pela estatística descritiva e pela geoestatística. Utilizou-se um sistema de classificação fuzzy e os atributos descritos para inferir sobre a acidez do solo. A lógica fuzzy, pelo algoritmo utilizado, teve um bom desempenho na caracterização e no mapeamento das incertezas da acidez do solo em questão.

Calibração de modelo para a simulação de vazão e de fósforo total nas sub-bacias dos Rios Conrado e Pinheiro - Pato Branco (PR)

O desenvolvimento de modelos hidrológicos capazes de predizer o impacto de fontes difusas de poluição e do uso e ocupação do solo na qualidade das águas superficiais e subterrâneas tem auxiliado o estudo de agroecossistemas. Com esse objetivo, foi utilizado o modelo SWAT 2005 (Soil and Water Assessment Tool) para avaliar sua sensibilidade na predição da vazão e do fluxo de massa do P total. O estudo foi realizado em duas microbacias hidrográficas contíguas, dos rios Conrado e Pinheiro, afluentes do rio Pato Branco, localizadas nos municípios de Pato Branco e Mariópolis, no Estado do Paraná. Foram utilizados dados climatológicos do período 1979/2006 e dados observados de vazão e concentração de P total dos anos 2004/2005 de duas estações de monitoramento, localizadas na parte inferior do curso principal dos rios Conrado e Pinheiro. Utilizou-se a interface AvSWAT-X, com o SIG ArcView 3.3® e a extensão Spatial Analyst 2.0®, para entrada e manipulação dos dados. As médias anuais e mensais observadas de vazão e P total foram comparadas aos dados simulados. O Coeficiente de Eficiência de Nash-Sutcliffe (COE) foi utilizado para avaliar a eficiência do modelo. A modelagem foi melhorada com a associação de análise de sensibilidade, autocalibração e calibração manual, verificando-se que, com frequência de amostragem regular, o modelo SWAT 2005 realizou de forma aceitável as simulações de vazão e de exportação de P total. Já com frequência de amostragem irregular e pequeno número de dados, os procedimentos de análise de sensibilidade e de autocalibração não foram eficientes na calibração do modelo SWAT 2005 para a simulação de vazão e exportação de P total. Foram encontrados diferentes níveis de sensibilidade entre as duas estações, refletindo as desigualdades entre as Unidades de Resposta Hidrológica. A distribuição mensal simulada das exportações de P mostrou a heterogeneidade da aplicação do nutriente ao longo do ano.

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.

Sistema de aquisição de dados para equipamento de medida da permeabilidade intrínseca do solo ao ar

A permeabilidade intrínseca - ou simplesmente permeabilidade do solo ao ar - é uma propriedade importante para a identificação de alterações no espaço poroso do solo causadas pelas práticas de manejo, na estimativa de propriedades do solo mais difíceis e onerosas e na composição de modelos de fluxo de fluidos em solos agrícolas e em solos contaminados. O objetivo do presente estudo foi construir um sistema de aquisição de dados (módulo eletrônico e programa computacional) para a medida da permeabilidade do solo ao ar em laboratório, utilizando-se materiais disponíveis no local e ferramentas computacionais de acesso livre. O sistema de aquisição de dados mostrou-se bastante preciso na determinação da permeabilidade do solo ao ar, com intervalo de confiança de 9,42 ± 0,085 μm² (95 %), para uma amostra-padrão constituída de partículas com diâmetro de 0,106 a 0,250 mm da fração areia de um Latossolo Vermelho-Amarelo textura média. A estimativa da permeabilidade do solo ao ar, considerando a viscosidade dinâmica do ar em função da temperatura, foi significativamente maior que a estimativa com valor fixo de viscosidade dinâmica em aproximadamente 20 ºC. A medição realizada em uma amostra de solo com estrutura indeformada de um Latossolo Vermelho foi tão precisa quanto à da amostra-padrão, e a estimativa da massa de água removida da amostra foi de 3,27 mg.

Integração de dados do quickbird e atributos do terreno no mapeamento digital de solos por redes neurais artificiais

No presente estudo, foi realizada uma avaliação de diferentes variáveis ambientais no mapeamento digital de solos em uma região no norte do Estado de Minas Gerais, utilizando redes neurais artificiais (RNA). Os atributos do terreno declividade e índice topográfico combinado (CTI), derivados de um modelo digital de elevação, três bandas do sensor Quickbird e um mapa de litologia foram combinados, e a importância de cada variável para discriminação das unidades de mapeamento foi avaliada. O simulador de redes neurais utilizado foi o "Java Neural Network Simulator", e o algoritmo de aprendizado, o "backpropagation". Para cada conjunto testado, foi selecionada uma RNA para a predição das unidades de mapeamento; os mapas gerados por esses conjuntos foram comparados com um mapa de solos produzido com o método convencional, para determinação da concordância entre as classificações. Essa comparação mostrou que o mapa produzido com o uso de todas as variáveis ambientais (declividade, índice CTI, bandas 1, 2 e 3 do Quickbird e litologia) obteve desempenho superior (67,4 % de concordância) ao dos mapas produzidos pelos demais conjuntos de variáveis. Das variáveis utilizadas, a declividade foi a que contribuiu com maior peso, pois, quando suprimida da análise, os resultados da concordância foram os mais baixos (33,7 %). Os resultados demonstraram que a abordagem utilizada pode contribuir para superar alguns dos problemas do mapeamento de solos no Brasil, especialmente em escalas maiores que 1:25.000, tornando sua execução mais rápida e mais barata, sobretudo se houver disponibilidade de dados de sensores remotos de alta resolução espacial a custos mais baixos e facilidade de obtenção dos atributos do terreno nos sistemas de informação geográfica (SIG).

Calibração e validação da equação universal de perda de solos modificada (MUSLE) utilizando dados hidrossedimentológicos locais

Modelos hidrossedimentológicos são úteis na análise ambiental de bacias hidrográficas não monitoradas. Entretanto, para que as suas predições sejam confiáveis, é necessário que os modelos sejam adequadamente calibrados e validados para as condições locais. O objetivo do presente trabalho foi calibrar o coeficiente a da MUSLE para as condições da bacia do ribeirão Pipiripau, usando dados hidrossedimentológicos locais, bem como validar a equação calibrada, com uma série de dados diferente da usada na calibração. O coeficiente a da MUSLE foi calibrado por meio do ajuste entre os valores observados e calculados de aporte de sedimento de eventos individuais, correspondentes ao período entre 1999 e 2005, usando dados hidrológicos (Q e q p) observados. Para validação do modelo calibrado, a série usada correspondeu aos anos de 1998 e 2006-2009 (N.A.: dados corretos, ver p. 12), onde apenas os dados pluviométricos locais e os fatores CN, K, L, S, C e P da bacia, previamente obtidos, foram usados. Os resultados indicam que a MUSLE calibrada apresenta melhor acurácia na estimativa do aporte de sedimento total anual (R² = 0,68 e E = 0,61) do que em nível mensal (R² = 0,44 e E = 0,43). Como o coeficiente de ajuste a da MUSLE foi proporcional ao volume de precipitação pluvial anual, este poderá ser usado para melhorar as predições do modelo.

Continuidade espacial da condutividade hidráulica saturada do solo na bacia hidrográfica do Alto Rio Grande, MG

A distribuição espacial da condutividade hidráulica saturada (k0) é essencial para estudos relacionados a erosão do solo e escoamento superficial. Este trabalho objetivou estudar a continuidade espacial do atributo hidrológico do solo k o na Bacia Hidrográfica do Alto Rio Grande, MG, e realizar seu mapeamento por meio de técnicas geoestatísticas, utilizando dados sem e com transformação logarítmica. Os modelos de semivariograma esférico e exponencial foram ajustados ao semivariograma experimental pelo método dos Mínimos Quadrados Ordinários (MQO) e Mínimos Quadrados Ponderados (MQP). Técnicas de validação cruzada e preditiva foram aplicadas para a escolha do melhor modelo. Os resultados indicaram que, ao se trabalhar com o logaritmo dos dados de k o, houve redução de pontos discrepantes e de anisotropia, entretanto os valores mais elevados de grau de dependência espacial foram observados nos dados sem transformação. O ajuste do modelo esférico, por meio do método MQO, foi o que produziu melhor desempenho na modelagem da continuidade espacial de k0. Os mapas gerados a partir dos dados sem e com transformação logarítmica não apresentaram o mesmo comportamento na distribuição espacial dos valores, e o mapa dos dados na forma transformada teve o melhor detalhamento da distribuição espacial.

Padrão espaço-temporal da umidade volumétrica do solo em uma bacia hidrográfica com predominância de latossolos

A umidade volumétrica do solo possui alta variabilidade espacial e temporal devido à influência de vários fatores ambientais e de uso do solo. Desse modo, seu entendimento assume papel fundamental na modelagem dos processos que envolvem o escoamento superficial, a erosão do solo e o transporte de sedimentos. Nesse contexto, objetivou-se neste estudo avaliar o padrão espacial e temporal da umidade volumétrica na camada superficial do solo, nas diferentes estações do ano, em uma bacia hidrográfica experimental, com predominância de latossolos, localizada na região Sul de Minas Gerais. Para isso, utilizou-se o conceito de estabilidade temporal e escalonamento de semivariogramas, o qual possibilitou a comparação da estrutura espacial dos modelos de semivariogramas ajustados. Foi possível detectar forte dependência espacial da umidade do solo na bacia hidrográfica, com grau de dependência sempre acima de 80 %, e os semivariogramas escalonados mostraram semelhanças no padrão espacial no verão e no outono e diferenças em relação ao inverno e à primavera. Dessa forma, constatou-se que houve diferença no padrão espacial da umidade do solo ao longo do ano, contudo maior homogeneidade no período chuvoso (verão). Ocorreu variação no padrão temporal de umidade do solo de acordo com as estações do ano, sendo verificada tendência nos dados de inverno e primavera, demonstrada pelo teste de Spearman. Devido às diferenças verificadas no padrão espaçotemporal da umidade do solo ao longo das estações do ano, quatro pontos distintos foram identificados, um em cada estação, para implantação de monitoramento permanente desse atributo do solo na bacia hidrográfica.