Development and Validation of a New Calibration Model for Diviner 2000® Probe Based on Soil Physical Attributes

This study aimed to develop a new model, valid for soil with and without expandable characters, to estimate volumetric soil water content (θ) from readings of scaled frequency (SF) acquired with the Diviner 2000® sensor. The analysis was carried out on six soils collected in western Sicily, sieved at 5 mm, and repacked to obtain the maximum and minimum bulk density (ρb). During an air-drying process SF values, the corresponding gravimetric soil water content (U) and ρb were monitored. In shrinking/swelling clay soils, due to the contraction process, the variation of dielectric permittivity was affected by the combination of the mutual proportions between the water volumes and the air present in the soil. Thus, to account for the changes of ρb with U, the proposed model assumed θ as the dependent variable being SF and ρb the independent variables; then the model’s parameters were estimated based on the sand and clay fractions. The model validation was finally carried out based on data acquired in undisturbed monoliths sampled in the same areas. The estimated θ, θestim, was generally close to the corresponding measured, θmeas, with Root Mean Square Errors (RMSE) generally lower than 0.049 cm3 cm−3, quite low Mean Bias Errors (MBE), ranging between −0.028 and 0.045 cm3 cm−3, and always positive Nash-Sutcliffe Efficiency index (NSE), confirming the good performance of the model

Development of a pneumatic consolidometer: compaction modeling, penetrometry and tensile strength of soil aggregates

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 (&#963;p), 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 &#963;p 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.Soil compaction is one of the processes responsible for soil physical degradation that may result in the loss of sustainability of agricultural production. Therefore, it is important to have instrumental strategies to quantify soil physical properties that are influenced by soil compression and used to assess soil quality. The objectives of this study were to: (i) develop an inexpensive pneumatic consolidometer, (ii) evaluate its functionality by the study of the compressive behaviour of a sandy clay Rhodic Hapludox under no-tillage, (iii) evaluate the potential use of pneumatic propulsion to determine penetration resistance (PR) and tensile strength of aggregates (TS) using the proposed consolidometer. Compression curves based on undisturbed soil sampled in and between rows under black oat were used to evaluate the soil compressive behaviour. Uniaxial compression tests were performed in these samples at a soil water content corresponding to a matric potential of -10 kPa and used to determine the compression index (CI) and preconsolidation pressure (&#963;p) and their correlations with other soil physical properties. PR of undisturbed samples of a sandy loam soil under citrus was determined. Aggregates from two Ultisols were used to determine TS in a hardsetting and a non-hardsetting horizons. Results showed that soil bulk density before the uniaxial compression test was higher (p < 0.05) in-between the black oat rows. The compression curve was sensitive to differences in soil structure between sampling positions, and &#963;p and CI indicated, respectively, higher load support and less susceptibility to compaction (p < 0.05) in-between the black oat rows. The use of pneumatic propulsion did not influence the results of PR and TS. Therefore, the soil compression curve, PR and TS can be determined with the equipment developed in this study

Alternative methods to determination of soil physical properties and use of chemistry conditioners at soil quality study

Alguns dos mais freqüentes parâmetros utilizados como indicadores de qualidade do solo são: resistência tênsil de agregados (RT); densidade do solo (Ds); textura e curva de retenção de água do solo (CRAS). O objetivo deste estudo foi avaliar e desenvolver métodos para a determinação destes parâmetros e testar o uso de condicionadores químicos na redução do caráter coeso de solos, propondo alterações que tornem esses parâmetros mais precisos. Para RT foi proposto o uso do dinamômetro IMPAC, como equipamento alternativo ao KALATEC. Foram utilizados agregados (diâmetro 22,2 mm) do horizonte diagnóstico de um ARGISSOLO ACINZENTADO coeso, localizados em Pacajus-CE. Na determinação da Ds, avaliou-se a viabilidade do uso de um verniz automotivo como revestimento, substituto à resina saran na impermeabilização de agregados. Foram realizados ensaios preliminares para estabilidade desses agregados, número de imersões no verniz e tempo de secagem. Para validação da metodologia foram utilizados, além dos solos coesos e não coesos de Pacajus-CE, outros cinco solos, coletados em Piracicaba-SP. Na seleção da metodologia para análise granulométrica (AG) foram testados seis métodos: hidrômetro (com uma e quatro leituras); pipeta; micro-pipeta; método rápido e o do IAC, em 20 amostras de TFSA dos horizontes A e/ou B provenientes de 16 perfis de solos representativos dos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul, com teores de argila entre 6 e 81 %. A comparação entre os métodos supracitados foi realizada com base em: ajuste por regressão linear entre as frações granulométricas determinadas pelo método da pipeta versus os demais; mudanças na classe textural indicadas no triângulo textural; e o melhor ajuste entre a fração argila e a umidade do solo retida na tensão 1500 kPa. Dados de retenção da água no solo, obtidos a partir do equipamento WP4-T, foram ajustados pelo modelo proposto em Genuchten (1980). Para avaliar o uso de condicionadores químicos na redução do caráter coeso de solos, a partir de medidas da RT, foram testados dois polímeros aniônicos (PAM). No Brasil, utilizaram-se os agregados coesos de Pacajus-CE, nos quais aplicou-se PAM por capilaridade. Na Austrália, usaram-se agregados de um solo hardsetting e o PAM foi aplicado com spray (líquido) ou a lanço (sólido), combinado com condicionadores a base de cálcio (sulfato e cloreto). Os valores da RT determinados por ambos os equipamentos (IMPAC e KALATEC) não diferiram entre si. No entanto, o IMPAC reduziu em quase 50 % o tempo de análise, com exatidão e precisão satisfatórias, o que reitera sua viabilidade em substituir o KALATEC. Os resultados da Ds demonstraram que o verniz automotivo Lazzudur é uma excelente alternativa à resina saran, além de reduzir o custo e o tempo de análise. Com relação à escolha do método para AG, a comparação entre os métodos mostrou que o do hidrômetro com uma leitura como uma alternativa viável, devido a sua simplicidade nos procedimentos de análises. A aplicação de PAM nos agregados dos solos coesos de Pacajus-CE não diminuiu a sua RT, sugerindo-se a redução das taxas aplicadas. A aplicação de PAM combinado com gesso refletiu na melhoria da qualidade física dos solos coesos da Austrália, reduzindo os valores da RT desses solos.Some of the most common parameters used as indicators of soil quality are tensile strength of aggregates (TS), bulk density (Bd), texture and soil water retention curve (SWRC). The aims of this work were to: (i) evaluate and develop methods for determining these parameters; (ii) test the use of the chemical conditioners in reducing the character of cohesive soil. The less expensive IMPAC dynamometer was proposed to TS analysis, as alternative equipment to KALATEC. Aggregates (22.2 mm diameter) from cohesive soil Ultisol, located in northeast of Brazil were used. The feasibility of using automotive varnish to coat soil clods for bulk density measurement was evaluated for replacing SARAN resin. Preliminary tests were conducted to determine the clod stability, the number of immersions of clod in the varnish and drying time of the varnish. To confirm this methodology, clods of the cohesive and not cohesive Ultisol soil from northeast of Brazil and the other five soils from southern of Brazil were used. Six methods were evaluated for measuring particle size analysis (PSA): Hydrometer (with one and four readings); pipette, micro-pipette, \"rapid method\" and IAC method (Brazilian institute) using 20 samples of the A and/or B horizons of air dried soil from 16 soil profiles more significant of Santa Catarina and Rio Grande do Sul States, with clay range from 6 to 81 %. The comparison among these methods was conducted by: fitting linear regression between the pipette method versus the other; changing in textural class in the textural triangle; and the best fitting between fraction clay and soil moisture hold in 1500 kPa tension. Soil water retention data by WP4-T equipment were fitted by the model proposed in Genuchten (1980). Changes of TS of the cohesive soil after treatment with two kinds of anionic polymer (PAM) were investigated. In Brazil, clods from northeast were used and the PAM was applied by capillarity in the laboratory. In Australia, clods of a hardsetting soil were used and the PAM was applied by spray (liquid) or spread (solid), besides of conditioners based calcium (chloride and sulfate). No significant difference was detected at TS values determined by both of equipments tested. However, IMPAC equipment reduced time of analysis by almost 50%, with high accuracy, as a result it can replace the KALATEC equipment. Bulk density data showed that the automotive varnish is an excellent alternative to SARAN resin. The simpler procedure for determination of PSA was the hydrometer method (one reading), consequently, it was preferred than the other. The application of PAM at cohesive soils, from northeast of Brazil, did not reduce TS due to the high PAM concentration used in this study. This result suggests to need to reduce PAM rates. Gypsum a

DISPONIBILIDADE HÍDRICA DE SOLO COESO SOB A AÇÃO DE POLIACRILAMIDA: QUALIDADE FÍSICA AMBIENTAL

Os Tabuleiros Costeiros possuem camadas coesas de solos que alteram o estado da água nos seus poros, interferindo no desenvolvimento do sistema radicular das plantas. Este estudo objetivou avaliar a ação dos condicionadores poliacrilamida (PAM) e gesso no solo coeso de Tabuleiros Costeiros de Pernambuco via intervalo hídrico ótimo (IHO). As amostras foram subdivididas em três tratamentos — T0 (Controle), T1 (PAM) e T2 (PAM + gesso) —, com quatro repetições cada. Foram avaliadas a curva característica de retenção de água no solo; a densidade do solo; a resistência do solo à penetração de raízes (RP) e o IHO. As médias foram submetidas à ANOVA e ao teste de Tukey, pelo aplicativo Statistical Analysis System (SAS). O IHO foi eficiente em detectar alterações na disponibilidade de água do solo; o tratamento com PAM foi o que promoveu maior aumento dessa disponibilidade, e o valor crítico da RP para o IHO do solo coeso estudado ficou acima de 2 MPa

Degradação do solo por erosão em área vulnerável à desertificação no semiárido pernambucano

Este trabalho objetivou realizar um levantamento da degradação dos solos por erosão no município de Itacuruba – PE. A erosão dos solos é reconhecida como uma das principais causas da degradação dos solos, entre outros fatores, em razão de seu caráter de irreversibilidade. O município de Itacuruba localiza-se na microrregião de Itaparica no Sertão de Pernambuco e é incluído no núcleo de desertificação de Cabrobó-PE pela ONU. O levantamento da intensidade dos processos erosivos baseou-se nas observações realizadas nos trabalhos de campo, em 94 pontos da área de estudo. Também foram realizadas medições nos sulcos encontrados. Foram medidos a largura, a profundidade e o comprimento médio em 70 pontos. Nos principais solos do município, há processos erosivos que variaram de moderado a forte em 84% dos pontos avaliados. A erosão em sulcos também é frequente, com destaque para a ocorrência nos Planossolos e Luvissolos

Assessing different methodologies for irrigation scheduling in protected environment: a case study of green bell pepper

This research aimed at assessing four different methodologies to estimate daily irrigation depth, based on the monitoring of soil water status (soil water content sensors, SWS, and tensiometers, TS) and atmospheric evaporative demand (weighing lysimeter, WL, and Piché evaporimeter, PE), of green bell pepper Capsicum annum L.) cultivated in a greenhouse. Furthermore, two different strategies to apply the daily irrigation depths, i.e., single watering (at 8:00 a.m.) or split into two equal applications (at 8:00 a.m. and at 4:30 p.m.), were also investigated. The experiment was conducted in a completely randomized design and according to a 4 × 2 factorial scheme with eight replications. The statistical analysis showed that total water volume (TWV), commercial yield, and crop water use efficiency (WUE) were influenced by the method used to estimate crop water requirement and the irrigation strategies. The TWV applied during the whole crop cycle was 562.7 mm, 731.2 mm, 769.4 mm, and 843.1 mm for treatments with WL, PE, SWS, and TS, respectively. The highest commercial yield was obtained in treatments in which the highest irrigation depth was applied (SWS, 11.55 t ha-1, and TS, 10.09 t ha-1). On the other hand, relatively higher WUE was achieved in treatments managed with SWS (1.63 kg m-3) and WL (1.55 kg m-3). Splitting the estimated daily irrigation depth into two applications promoted the commercial productivity and WUE (9.24 t ha-1 m-3) ha-1 and 1.60 kg compared to the single application (7.06 t and 1.22 kg m-3). Splitting the daily irrigation depth is, therefore, a promising strategy to increase WUE for green bell pepper crops in protected environments

Structural quality of polyacrylamide-treated cohesive soils in the coastal tablelands of Pernambuco

Water-soluble polymers are characterized as effective flocculating agents due to their molecular features. Their application to soils with horizons with structural problems, e.g, a cohesive character, contributes to improvements in the physical quality and thus to the agricultural suitability of such soils. The purpose of this study was to evaluate the structural quality of soils with cohesive horizons of coastal tablelands in the State of Pernambuco treated with polyacrylamide (PAM) as chemical soil conditioner. To this end, three horizons (one cohesive and two non-cohesive) of a Yellow Argisol (Ultisol) were evaluated and to compare cohesive horizons, the horizon of a Yellow Latosol (Oxisol) was selected. The treatments consisted of aqueous PAM solutions (12.5; 50.0; 100.0 mg kg-1) and distilled water (control). The structural aspects of the horizons were evaluated by the stability (soil mass retained in five diameter classes), aggregate distribution per size class (mean weight diameter- MWD, geometric mean diameter - GMD) and the magnitude of the changes introduced by PAM by measuring the sensitivity index (Si). Aqueous PAM solutions increased aggregate stability in the largest evaluated diameter class of the cohesive and non-cohesive horizons, resulting in higher MWD and GMD, with highest efficiency of the 100 mg kg-1 solution. The cohesive horizon Bt1 in the Ultisol was most sensitive to the action of PAM, where highest Si values were found, but the structural quality of the BA horizon of the Oxisol was better in terms of stability and aggregate size distribution

FDR ECH2O sensor performance in Spodosols

Frequency domain reflectometry (FDR) is widely used to measure the soil water contents. However, the soil composition effects on FDR calibration has to be quantified to reduce the need for further calibration. Our objectives were to (1) evaluate the accuracy of EC-5 for measuring soil water content in sandy soils and (2) develop soil-specific sensor calibration curve. Disturbed and undisturbed soil samples were collected in a Sopossol profile (07º 37’ 30’’ S, 34º 57’ 30’’ W) representative of region sugarcane grown, in northeast of Brazil. Regression statistics analysis showed good accuracy and RMSE = 0.01 m3 m-3, while without specific calibration the RMSE = 0.06 m3 m-3. The EC-5 sensor should be subjected to field-specific calibration in sandy soils due to the low field capacity and water content during the growing seasonLa Reflectometría en el dominio de frecuencia (FDR) es ampliamente utilizada para medir el contenido de agua en el suelo. Sin embargo los efectos de la composición del suelo en la calibración de FDR deben cuantificarse para reducir la necesidad de una calibración adicional. Los objetivos fueron (1) evaluar la precisión del sensor EC-5 para medir el contenido de agua del suelo en suelos arenosos y (2) desarrollar la curva de calibración del sensor específica del suelo. Se colectaron muestras de suelo disturbadas y no disturbadas en el perfil de suelo de Espodosuelo (07º 37’ 30’’ S, 34º 57’ 30’’ W) en um area representantiva de la región productora de caña de azúcar, en el Noreste de Brasil. Los resultados del análisis de regresión mostraron una buena precisión y la RMSE = 0.01 m3 m-3,mientras que sin calibración específica la RMSE = 0.06 m3 m-3. El sensor EC-5 debe someterse a calibración específica en suelos arenosos debido a la baja capacidad de campo y contenido de agua en el periodo de crecimiento