Mudanças na estrutura do solo avaliada com uso de tomografia computadorizada

The objective of this work was to evaluate in millimetric scale changes in soil bulk density and porosity, using the gamma-ray computed tomography in soil samples with disturbed structure due to wetting and drying (W-D) cycles. Soil samples with 98.1 cm3 were sieved using a 2 mm mesh and homogenously packed in PVC cylinders. Soil samples were submitted to 1, 2, and 3 W-D cycles. Control samples were not submitted to W-D cycles. After repetitions of W-D cycles, soil sample porosity decreased and soil layers became denser. Computed tomography allowed a continuous analysis of soil bulk density and also soil porosity along millimetric (0.08 cm) layers, what cannot be provided by traditional methods used in soil physics.O objetivo deste trabalho foi avaliar, em escala milimétrica, a modificação da densidade e da porosidade de amostras deformadas de solo submetidas a ciclos de umedecimento e secamento (U-S), por meio da tomografia computadorizada de raios gama. Amostras com 98,1 cm3 foram preparadas procedendo ao peneiramento do solo em malha de 2 mm e acondicionamento de forma homogênea em tubos de PVC. As amostras de solo foram submetidas a um, dois e três ciclos de U-S. As amostras controle não foram submetidas a nenhum ciclo de U-S. Após a aplicação dos ciclos de U-S, a porosidade das amostras diminuiu e as camadas de solo se adensaram. Os dados de tomografia computadorizada permitiram análise contínua da densidade do solo e de sua porosidade, em camadas milimétricas (0,08 cm), o que não pode ser alcançado facilmente por métodos tradicionais usados em física do solo

Evaluation of Pigeon Pea Lines for Biological Soil Decompaction

Soil decompaction is generally achieved through mechanical cultivation practices; however biological processes can significantly add to this process through root growth, development, and later senescence. This study was carried out in Piracicaba, SP, Brazil and had the purpose of selecting, among forty one pure pigeon pea lines, the most efficient genotypes that promote soil decompaction by roots penetrating compacted soil layers. Utilizing artificially compacted 30 mm high soil blocks, in a series of experiments, these lines were compared to the cultivar Fava Larga taken as a standard. Three lines were preliminarily selected out of the initial group, and afterwards, in more detailed screenings by monitoring soil resistance to penetration and also evaluating the behavior of Tanzania grass plants seeded after pigeon pea, two of them, g5-94 and g8-95, were selected as possessing the most fit root system to penetrate compacted soil layers

Método de estimativa da macroporosidade e da microporosidade por meio do teor de areia e da densidade do solo

Macroporosity is often used in the determination of soil compaction. Reduced macroporosity can lead to poor drainage, low root aeration and soil degradation. The aim of this study was to develop and test different models to estimate macro and microporosity efficiently, using multiple regression. Ten soils were selected within a large range of textures: sand (Sa) 0.07-0.84; silt 0.03-0.24; clay 0.13-0.78 kg kg-1 and subjected to three compaction levels (three bulk densities, BD). Two models with similar accuracy were selected, with a mean error of about 0.02 m³ m-3 (2 %). The model y = a + b.BD + c.Sa, named model 2, was selected for its simplicity to estimate Macro (Ma), Micro (Mi) or total porosity (TP): Ma = 0.693 - 0.465 BD + 0.212 Sa; Mi = 0.337 + 0.120 BD - 0.294 Sa; TP = 1.030 - 0.345 BD 0.082 Sa; porosity values were expressed in m³ m-3; BD in kg dm-3; and Sa in kg kg-1. The model was tested with 76 datum set of several other authors. An error of about 0.04 m³ m-3 (4 %) was observed. Simulations of variations in BD as a function of Sa are presented for Ma = 0 and Ma = 0.10 (10 %). The macroporosity equation was remodeled to obtain other compaction indexes: a) to simulate maximum bulk density (MBD) as a function of Sa (Equation 11), in agreement with literature data; b) to simulate relative bulk density (RBD) as a function of BD and Sa (Equation 13); c) another model to simulate RBD as a function of Ma and Sa (Equation 16), confirming the independence of this variable in relation to Sa for a fixed value of macroporosity and, also, proving the hypothesis of Hakansson & Lipiec that RBD = 0.87 corresponds approximately to 10 % macroporosity (Ma = 0.10 m³ m-3).A macroporosidade é um atributo do solo utilizado para estudos do seu grau de compactação. Valores baixos de macroporosidade podem resultar em má drenagem, baixa aeração e aumento da resistência do solo à penetração de raízes, sendo um dos indicadores de degradação do solo. Os objetivos deste trabalho foram desenvolver e testar modelos para estimativa da macro e da microporosidade, utilizando regressão múltipla, como uma proposta para levantamentos expeditos. Dez amostras de solos com diferentes composições granulométricas areia: 0,07-0,84; silte: 0,03-0,24; e argila: 0,13-0,78 kg kg-1 - foram submetidas a três níveis de densidade do solo (DS). Dois modelos foram selecionados, apresentando acurácias semelhantes, com erro médio em torno de 0,02 m³ m-3 (2 %). O modelo y = a + b.Ds + c areia, denominado modelo 2, aplicado tanto para macro e micro como para porosidade total, Pt, foi selecionado pela sua simplicidade: macro = 0,693 - 0,465 Ds + 0,212 areia; micro = 0,337 + 0,120 Ds - 0,294 areia; Pt = 1,030 - 0,345 Ds - 0,082 areia. As porosidades foram expressas em m³ m-3, e a areia, em kg kg-1. Os modelos foram testados em 76 dados, medidos por diferentes autores, obtendo-se um erro médio da ordem de 0,04 m³ m-3 (4 %). Foram apresentadas simulações da variação de Ds com areia na faixa de compactação para macro de 0 a 0,10 m³ m-3. A equação da macroporosidade foi remodelada para obter outros indicadores de compactação: a) para simular densidade máxima do solo em função da areia (Equação 11), apresentando boa concordância com dados da literatura; b) um modelo de densidade relativa do solo em função da Ds e areia (Equação 13); e c) um outro modelo para simular a densidade relativa do solo em função da macro e areia (Equação 16), confirmando a independência dessa variável em relação à areia para um valor fixo da macroporosidade e, também, comprovando a hipótese de Hakansson & Lipiec, de que o valor 0,87 representa aproximadamente a macroporosidade 10 % (0,10 m³ m-3)

Soil erosion evaluation in a small watershed in Brazil through 137 Cs fallout redistribution analysis and conventional models

An investigation of rates and patterns of soil erosion on agricultural land cultivated with sugarcane was undert a ken using the 137Cs technique, USLE (Universal Soil Loss Equation) and WEPP (Water Erosion Prediction Project) model. The study was carried out on a representative catchment of a small watershed of the Piracicaba river basin, State of São Paulo, Brazil, called Ceveiro watershed, well known for its severe soil degradation caused by erosion. The results from the 137Cs technique indicate that most part of the studied area (94%) are eroded at erosion rates that go up to 59 Mg ha-1 y-1, with a weighted average rate of 23 Mg ha-1 y-1 . The weighted average rate of infield deposition and sediment retrieval that occurs in only 6% of the total area was estimated to be around 12 Mg ha-1 y-1 . These values led to very high net soil loss from the field, with rates of the order of 21 Mg ha-1 y-1 , which represents a sediment delive ry ratio of 97%. A linear correlation between soil erosion rate estimated by the 137Cs technique and the amount of available K in the top soil layer (0-20 cm) was observed. Based on this correlation the estimated amounts of net and gross K loss in the grid area due to soil erosion were of 0.2 and 1.52 kg ha-1 y-1, respectively. The erosion rate estimated by USLE was 39 Mg ha-1 y-1 and by WEPP model 16.5 Mg ha-1 y-1 with a sediment delivery of 12.4 Mg ha-1 y-1 (75%). The results are a confirmation that the soil conservation practices adopted in the area are very poor and can explain the high siltation level of water reservoirs in the watershed

Variabilidade espacial randômica e sistemática dos inventários de 137Cs de áreas de referência no Sudeste do Brasil

A precisão da técnica de análise da redistribuição do "fallout" do 137Cs nas avaliações das taxas de erosão são fortemente dependentes da qualidade de um inventário médio tomado em uma área de referência representativa. O conhecimento das fontes e do grau de variação da distribuição do "fallout" do 137Cs desempenham um importante papel na aplicação desta técnica. Quatro áreas de referência foram selecionadas na região Sudeste do Brasil, sendo estas caracterizadas quanto aos aspectos físicos, químicos, mineralógicos do solo, assim como a variabilidade espacial dos inventários de 137Cs. Houve algumas diferenças importantes no padrão da distribuição do 137Cs em profundidade nos perfis de solo dos diferentes locais que, provavelmente, estão associadas às diferenças químicas, físicas, mineralógicas e biológicas dos solos estudados. Mas muitas questões ainda permanecem abertas para futuras investigações, principalmente em relação à adsorção e à dinâmica do 137Cs no perfil dos solos tropicais. A variabilidade espacial randômica (dentro de cada local de referência) foi maior do que a variabilidade espacial sistemática (entre áreas de referência), porém as causas disto não foram claramente identificadas, talvez em conseqüência da variabilidade química, física e/ou mineralógica bem como da precipitação.The precision of the 137Cs fallout redistribution technique for the evaluation of soil erosion rates is strongly dependent on the quality of an average inventory taken at a representative reference site. The knowledge of the sources and of the degree of variation of the 137Cs fallout spatial distribution plays an important role on its use. Four reference sites were selected in the South-Central region of Brazil which were characterized in terms of soil chemical, physical and mineralogical aspects as well as the spatial variability of 137Cs inventories. Some important differences in the patterns of 137Cs depth distribution in the soil profiles of the different sites were found. They are probably associated to chemical, physical, mineralogical and biological differences of the soils but many questions still remain open for future investigation, mainly those regarding the adsorption and dynamics of the 137Cs ions in soil profiles under tropical conditions. The random spatial variability (inside each reference site) was higher than the systematic spatial variability (between reference sites) but their causes were not clearly identified as possible consequences of chemical, physical, mineralogical variability, and/or precipitation

Comparação entre balanços hídricos climatológicos e de campo para uma cultura de café

The use of climatological water balances in substitution to complete water balances directly measured in the field allows a more practical crop management, since the climatological water balances are based on data monitored as a routine. This study makes a comparison between these methods in terms of estimatives of evapotranspiration, soil water storage, soil available water, runoff losses, and drainage below root zone, during a two year period, taking as an example a coffee crop of the variety Catuaí, three to five years old. Climatological water balances based on the estimation of the evapotranspiration through the methods of Thornthwaite and Penman-Monteith, can reasonably substitute field measured balances, however underestimating the above mentioned variables.A utilização de balanços hídricos climatológicos em substituição aos balanços hídricos completos e medidos diretamente no campo permite um manejo da cultura de forma mais prática, pois os balanços hídricos climatológicos se baseiam em dados coletados rotineiramente. Foi feita comparação entre estes balanços em termos de estimativas de evapotranspiração, armazenamento de água no solo, capacidade de água disponível, perdas por escoamento superficial e drenagem profunda, por um período de dois anos, tomando como exemplo a cultura de café, variedade Catuaí, de três a cinco anos de idade. Os balanços hídricos climatológicos baseados na estimativa da evapotranspiração pelos métodos de Thornthwaite e Penman-Monteith substituem razoavelmente as medidas de campo, porém subestimando as variáveis mencionadas.215220Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Balanço do 15N do fertilizante em uma cultura de café: um estudo de caso no Brasil

Knowledge about the fate of fertilizer nitrogen in agricultural systems is essential for the improvement of management practices in order to maximize nitrogen (N) recovery by the crop and reduce N losses from the system to a minimum. This study involves fertilizer management practices using the 15N isotope label applied in a single rate to determine the fertilizer-N balance in a particular soil-coffee-atmosphere system and to deepen the understanding of N plant dynamics. Five replicates consisting of plots of about 120 plants each were randomly defined within a 0.2 ha coffee plantation planted in 2001, in Piracicaba, SP, Brazil. Nine plants of each plot were separated in sub-plots for the 15N balance studies and treated with N rates of 280 and 350 kg ha-1 during 2003/2004 and 2004/2005, respectively, both of them as ammonium sulfate enriched to a 15N abundance of 2.072 atom %. Plant shoots were considered as separate parts: the orthotropic central branch, productive branches, leaves of productive branches, vegetative branches, leaves of vegetative branches and fruit. Litter, consisting of dead leaves accumulated below the plant canopy, was measured by the difference between leaves at harvest and at the beginning of the following flowering. Roots and soil were sampled down to a depth of 1.0 at intervals of 0.2 m. Samples from the isotopic sub-plots were used to evaluate total N and 15N, and plants outside sub-plots were used to evaluate dry matter. Volatilization losses of NH3 were estimated using special collectors. Leaching of fertilizer-N was estimated from deep drainage water fluxes and 15N concentrations of the soil solution at 1 m soil depth. At the end of the 2-year evaluation, the recovery of 15N applied as ammonium sulfate was 19.1 % in aerial plant parts, 9.4 % in the roots, 23.8 % in the litter, 26.3 % in the fruit and 12.6 % remaining in the 0_1.0 m soil profile. Annual leaching and volatilization losses were very small (2.0 % and 0.9 %, respectively). After two years, only 6.2 % N were missing in the balance (100 %) which can be attributed to other non-estimated compartments and experimental errors. Results show that an enrichment of only 2 % atom 15N allows the study of the partition of fertilizer-N in a perennial crop such as coffee during a period of two years.A caracterização do destino do 15N do fertilizante é uma ferramenta essencial para a melhoria de práticas de manejo de fertilizante que visam à maximização de sua recuperação pela cultura e para redução de perdas de nitrogênio (N) para fora do sistema a um mínimo. Este estudo envolveu práticas de manejo usando o 15N como traçador, aplicado em uma só taxa, para determinação do balanço do N do fertilizante em um sistema particular de solo-café-atmosfera e melhor compreender a dinâmica desse elemento dentro da planta. Cinco repetições, constituídas de parcelas de cerca de 120 plantas, foram casualmente definidas dentro de um cafezal em Piracicaba, SP, Brasil. Em cada parcela, nove plantas constituíram subparcelas para os estudos de balanço de 15N, onde receberam 280 kg ha-1 de N em 2003/2004 e 350 kg ha-1 em 2004/2005, ambas as adubações feitas com sulfato de amônio enriquecido com 15N, em uma abundância de 2,072 átomos %. A parte aérea das plantas foi separada em caule central ortotrópico, ramos produtivos, folhas de ramos produtivos, ramos vegetativos, folhas de ramos vegetativos e frutos. A serrapilheira, constituída de folhas mortas acumuladas abaixo do dossel, foi medida por meio da diferença entre as folhas na colheita e as folhas no início da próxima floração. Raízes e solo foram amostrados em camadas de 0,20 m, até a profundidade de 1,0 m. As amostras das subparcelas isotópicas foram utilizadas para determinar a concentração de N total e a abundância em 15N, e plantas fora delas foram usadas para estimar a matéria seca. Perdas de NH3 por volatilização foram estimadas por meio de coletores especiais. A lixiviação de N do fertilizante foi estimada pela medida de fluxos de água na profundidade de 1,0 m e a coleta de solução do solo para avaliação da concentração de N mineral e 15N. Depois de dois anos de medidas, verificou-se que a recuperação do N do sulfato de amônio foi de 19,1 % pela parte aérea; 9,4 % pelas raízes; 23,8 % pela serrapilheira; e 26,3 % pelos frutos (exportação), restando 12,6 % no solo da camada de 0_1,0 m. As perdas por volatilização e lixiviação foram muito pequenas, representando 2,0 e 0,9 %, respectivamente. Para fechar o balanço em 100 % após dois anos, faltaram apenas 6,2 %, o que pode ser atribuído a N em outros compartimentos não medidos e erros experimentais. Os resultados mostram que um enriquecimento em 15N de apenas 2 % permitiu o estudo do destino do N do fertilizante em uma cultura perene, como a do café, por um período de dois anos.Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (FAPESP)(CNPq) National Council of Scientific and Technological Developmen