Intelligent instrument to facilitate decision making in the evaluation of soil resistance to root penetration

This contribution introduces an instrument for decision-making in agricultural processes based on the measurements and mapping of soil resistance to root penetration. Its development was based on a new and advanced instrumentation tool, enabling in almost real-time to acquire the necessary information for spatial variability analysis of plant root penetration resistance in soils, due to natural or artificial soil compaction processes, i.e., not only for an area of soil but also for a soil profile. The system allows soil resistance assays for both laboratory and agricultural fields. Moreover, the development focused on an intelligent instrumentation concept, as well as a microprobe (30º for the spire angle, 1,6 mm for the base diameter, and 30 mm of total length), with a strain-gage transducer sensor. Results have shown that measurements of soil resistance to plant root penetration can be performed up to the limit of (483.47 ± 0.69) N, with a resolution of 15.4 N. Additionally, the versatility of the system is verified for soil resistance data collection and its interpretation to root plant penetration, since they can be presented in table formats, one-dimensional graphs, two-dimensional and three-dimensional maps. Therefore, this system enables users to obtain a quick interpretation of the soil aggregation state in agricultural areas.Neste trabalho é apresentado um instrumento para auxilio à tomada de decisão em processos que envolvem avaliações da resistência do solo à penetração de raízes. Seu desenvolvimento fundamenta-se na concepção de uma nova ferramenta instrumental avançada, que viabiliza em tempo quase real informações para análise da variabilidade espacial da resistência do solo à penetração de raízes, tanto para área como para perfil, devido aos processos de compactação natural ou artificial do solo. Ensaios para a medida da resistência do solo à penetração de raízes podem ser realizados tanto em ambiente laboratorial como diretamente em campo agrícola. Para o desenvolvimento utilizou-se o enfoque da instrumentação inteligente, bem como uma microsonda (ângulo de cone de 30º, diâmetro de base de 1,6 mm e comprimento total de 30 mm) sensoriada por célula de carga. Resultados mostram que medidas de resistência do solo à penetração de raízes podem ser realizadas até um limite de (483,47 ± 0,69) N com resolução de 15,4 N. Adicionalmente, a versatilidade do sistema é verificada para a coleta de dados e interpretação da resistência do solo à penetração de raízes, uma vez que podem ser apresentados na forma de tabelas, gráficos unidimensionais, mapas bidimensionais e mapas tridimensionais. Desta maneira, o sistema possibilita ao usuário uma rápida interpretação sobre o estado de agregação do solo em áreas de cultivo agrícolas

Processes of structural crust formation on coarse-textured soils

Summary In order to understand better the mechanisms of structural crust formation on coarse-textured soils, mixtures of 92.5% sand and 7.5% Ca2+-kaolinite are exposed to simulated rainfall in experiments- involving a range of sand particle sizes, drop diameters and drop kinetic energies. For each combination of these variables, clay illuviation is measured and the changes in surface structure are observed on thin sections. The intensity of clay illuviation is inversely proportional to sand particle size and is shown to be determined by both rainfall and drop kinetic energy. A washed-out layer forms at the surface of all samples exposed to drop impact. The lower boundary of this layer is generally marked by a relative concentration of clay micro-aggregates in the form of a band. These micro-aggregates are probably fragments derived from grain coatings initially present in the washed-out layer. They accumulate at a depth that increases, on average, with drop kinetic energy and with the particle size of the sand fraction. Based on similarities with natural crusts, it is proposed that clay-band formation in structural crusts formed on coarse-textured soils may be initiated by the displacement of micro-aggregates or other small particles from the washed-out layer, followed by their accumulation due to mechanical straining. The experiments also point to the potential importance of the particle size of the sand fraction on the morphology of structural crusts

Perdas de solo e água num Latossolo Vermelho aluminoférrico submetido a diferentes sistemas de preparo e cultivo sob chuva natural Water erosion caused by natural rainfall in a clayey Hapludox with different cropland tillage systems

A chuva e a enxurrada, combinadas, são os agentes ativos na erosão hídrica, a qual também é influenciada pela cobertura, rugosidade, tipo de cultura e sistema de preparo do solo. Os preparos de solo conservacionistas reduzem a erosão hídrica em relação aos preparos convencionais, visto que são menos intensos e mantêm o solo coberto por maior período de tempo e, às vezes, proporcionam aumento da rugosidade na superfície do solo. Para avaliar as perdas de solo e água causadas pela erosão hídrica sob chuva natural, realizou-se um experimento em Chapecó (SC), num Latossolo Vermelho aluminoférrico, com declividade média de 0,09 m m-1, entre 1994 e 1999. Estudaram-se os tratamentos: preparo convencional, cultivo mínimo, rotação de preparos e semeadura direta, executados no sentido paralelo ao declive, com duas repetições, com algumas combinações de rotação de culturas no inverno e no verão. O tratamento-testemunha constou de preparo de solo convencional, sem cultivo (parcela-padrão da Equação Universal de Perda de Solo - EUPS). A semeadura direta com rotação de culturas reduziu as perdas de solo em 45 % em relação ao preparo de solo convencional no verão e semeadura direta no inverno, com rotação de culturas e, em relação ao preparo de solo convencional sem cultura, esta redução foi de 99 %. Nos preparos de solo conservacionistas, as perdas de solo foram reduzidas em 80 % em relação aos preparos de solo convencionais, na média dos tratamentos que envolveram culturas e dos anos de cultivo. Nos tratamentos de semeadura direta, as perdas de solo foram duas vezes maiores na primavera/verão do que no outono/inverno, enquanto, nos demais tratamentos, essas perdas foram 3,3 vezes maiores no outono/inverno, na média dos tratamentos e dos anos de cultivo. As perdas de água foram pequenas e se comportaram de maneira semelhante às perdas de solo, diferindo quanto à magnitude.<br>Rainfall and runoff together are the active agents of water erosion, furthermore influenced by soil cover and roughness, crop and soil tillage. Compared to conventional tillage, water erosion is reduced in soil conservation tillage because this method is less intensive, preserves the cover longer, and sometimes increases soil roughness. Erosion losses (soil and water) of a clayey Hapludox with a slope of 0.09 m m-1 were evaluated in Chapecó, Santa Catarina State, Brazil, from November 1994 to October 1999 under natural rainfall. The treatments, in two replications, consisted of the following downslope soil tillage systems: no-tillage, conventional tillage, minimum tillage, and tillage rotation, with some summer and winter crop rotation combinations, and conventional tillage without crop (standard unit of the Universal Soil Loss Equation-USLE) as control. In no-tillage with crop rotation there was a soil loss reduction of 45 % in relation to summer conventional tillage and to winter no-tillage crop rotation systems, and of 99 % in relation to bare soil. Conservation tillage reduced the mean soil loss by 80 % in relation to conventional tillage. Mean soil losses were twice as high during the spring/summer as in the fall/winter period in no-tillage treatments, while in the other treatments average losses of the crop years were 3.3 higher in fall/winter. Water losses were small, with a behavior similar to that of the soil losses, in spite of the quantity difference