Um novo método para estudos dinâmicos, in situ, da infiltração da água na região não-saturada do solo.

A agricultura é a atividade humana que mais afeta o meio ambiente. Imensas quantidades de insumos agrícolas são aplicados sobre o solo e grande parte destes degrada os recursos hídricos. Para uma investigação adequada do efeito destes insumos, estudam-se as propriedades hidráulicas do solo, que influem no transporte de solutos neste meio. Medir tais propriedades e modelar os parâmetros correlatos são tarefas extremamente complexas, devido ao tempo requerido, dinheiro, instrumentação e escala. As metodologias convencionais inferem as propriedades hidráulicas em amostras que estão em equilíbrio, através de técnicas invasivas e sob restrições especiais. esta tes contribui com a Ciência do Ambiente, via Ciência do Solo, propondo um novo método de estudo da infiltração da água na região não-saturada do solo, utilizando a tomografia computadorizada (TC). O tomógrafo foi aqui desenvolvido e construído. A TC, neste trabalho, mediu a umidade durante o fluxo não-saturado e, através da solução numérica da equação de Richards e do modelo Rossi-Nimmo, obtiveram-se a curva de retenção, a sortividade, e a difusividade. Resultados qualitativos, como imagens 2D e 3D, e resultados quantitativos demonstraram a boa correlação do método proposto com o método tradicional de medida da curva de retenção. Amostras de solo estruturado foram analisadas em laboratório e em camp.Tese (Doutorado-Área Ciências da Engenharia Ambiental) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. Orientador: Prof. Dr. Silvio Crestana

Tamanho de amostras para a determinação de parâmetros físicos em planossolo por tomografia computadorizada

A técnica da tomografia computadorizada (TC) permite medir a densidade e a umidade de amostras de solo, constituindo uma importante ferramenta na Ciência do Solo. Este trabalho tem como objetivos descrever os aspectos da adequação do tamanho de amostras de um Planossolo e os procedimentos de avaliação e estudos por análise estatística, empregando-se um minitomógrafo computadorizado de raios gama com fonte de 241Am. O valor do erro atribuído ao equipamento são 0,051 e 0,046 Mg m-3, respectivamente, para os horizontes A e B. O valor teórico da espessura da amostra do Planossolo para uso na técnica de TC com fonte de 241Am é, aproximadamente, 4,0 cm para os horizontes A e B. Já a espessura ideal de amostras é de aproximadamente 6,0 cm, sendo menor para amostras do horizonte B em relação ao A. Obteve-se boa precisão e adaptabilidade no emprego da TC para estudos de Planossolos._________________________________________________________________________________ ABSTRACT: Computerized tomography (CT) is an important tool in Soil Science for noninvasive measurement of density and water content of soil samples. This work aims to describe the aspects of sample size adequacy for Planosol (Albaqualf) and to evaluate procedures for statistical analysis, using a CT scanner with a 241Am source. Density errors attributed to the equipment are 0.051 and 0.046 Mg m-3 for horizons A and B, respectively. The theoretical value for sample thickness for the Planosol, using this equipment, is 4.0 cm for the horizons A and B. The ideal thickness of samples is approximately 6.0 cm, being smaller for samples of the horizon B in relation to A. Alternatives for the improvement of the efficiency analysis and the reliability of the results obtained by CT are also discussed, and indicate good precision and adaptability of the application of this technology in Planosol (Albaqualf) studies

Computer-assisted tomography for studies of an Albaqualf

Na busca de técnicas mais apuradas para a determinação e avaliação de parâmetros físicos do solo com aplicabilidade em várzeas, vem se destacando a tomografia computadorizada, por medir a densidade e a umidade com boa sensibilidade e alta resolução espacial. O presente trabalho teve como objetivo descrever aspectos e procedimentos da calibração de um minitomógrafo de raios-X e gama para estudo da densidade e umidade de um Planossolo no Rio Grande do Sul, bem como estabelecer parâmetros estatísticos para sua adequada utilização. A calibração do minitomógrafo foi obtida pela regressão linear entre as unidades tomográficas (UT), apresentadas pelo programa de reconstrução de imagem, e os coeficientes de atenuação linear (µl, cm-1), medidos por transmissão direta de raios gama, em amostras dos horizontes A e B do Planossolo, água destilada, benzina e alumínio. Para as medidas de transmissão direta de radiação utilizaram-se recipientes com água destilada, benzina, solo e Al, obtendo-se as seguintes fórmulas para o cálculo da densidade do solo no horizonte A: Ds = [(UT/986,16)-(0,200xq)]/0,267; e no horizonte B: Ds = [(UT/986,16)-(0,200xq)]/0,297, em que UT é o valor médio de UT em cada linha e q é a umidade volumétrica da amostra de solo, em m3 m-3. Com as configurações obtidas, verificou-se variabilidade média de 2,74% e 0,73%, respectivamente, em termos de homogeneidade e repetibilidade. Os erros atribuídos ao equipamento são de 0,051 e 0,046 Mg m-3, respectivamente, nos horizontes A e B, revelando precisão e adaptabilidade no emprego da técnica em estudos do Planossolo._________________________________________________________________________________ ABSTRACT: In order to find better techniques to evaluate the soil physical parameters applied to lowland soils, the computerized tomography has been used to measure soil density and water content with accuracy and high spatial resolution. This work was carried out in order to describe features and calibration procedures of a computerized minitomographer using X-ray and gama-rays as sources of radiation and to establish suitable statistical parameters on the study of soil bulk density and water content in a Planosol (Albaqualf) from Rio Grande do Sul State, Brazil. The minitomographer calibration was obtained from the linear regression equation among the tomography's unities (TU) presented by the image reconstruction program and the linear attenuation coefficient (µl, cm-1), by the measurement of direct transmission of g-rays as source of radiation in soil samples from A and B horizons, distilled water, benzin and aluminum. In order to get measures of the direct radiation transmission, containers with distilled water, benzin, soil and aluminum were used to obtain the following equations to calculate soil bulk density in the A horizon: Ds = [(TU/986.16)-(0.200xq)]/0.267 and in the B horizon: Ds = [(TU/986.16)-(0.200xq)]/0.297, where TU is the mean value in the line and q is the soil volumetric water content (m3 m-3). The obtained configurations allowed to attain average variabilities of 2.74% and 0.73% for homogeneity and repeatability, respectively. The expected errors related to the equipment are 0.051 and 0.046 Mg m-3, to the A and B horizons, respectively. The results showed the technique accuracy and adaptability in the studies of the physical characteristics of a Planosol

A new method for dynamic studies, in situ, of water infiltration in the unsaturated zone of soil.

A agricultura é a atividade humana que mais afeta o meio ambiente. Imensas quantidades de insumos agrícolas são aplicados sobre o solo e grande parte destes degrada os recursos hídricos. Para uma investigação adequada do efeito destes insumos, estudam-se as propriedades hidráulicas do solo, que influem no transporte de solutos neste meio. Medir tais propriedades e modelar os parâmetros correlatos são tarefas extremamente complexas, devido ao tempo requerido, dinheiro, instrumentação e escala. As metodologias convencionais inferem as propriedades hidráulicas em amostras que estão em equilíbrio, através de técnicas invasivas e sob restrições especiais. Esta tese contribui com a ciência do ambiente, via ciência do solo, propondo um novo método de estudo da infiltração da água na região não-saturada do solo, utilizando a tomografia computadorizada (TC). O tomógrafo foi aqui desenvolvido e construído. A TC, neste trabalho, mediu a umidade (teta) durante o fluxo não-saturado e, através da solução numérica da equação de Richards e do modelo de Rossi-Nimmo, obtiveram-se a curva de retenção, a sortividade, k(teta) e a difusividade D(teta). Resultados qualitativos, como imagens 2D e 3D, e resultados quantitativos demonstraram a boa correlação do método proposto com o método tradicional de medida da curva de retenção. Amostras de solo estrurado foram analisadas em laboratório e em campo.Agriculture is the human activity that most affects the environment. Huge amounts of chemicals are applied on the soil. Pesticides percolation and runoff degrades water resources. Thus, soil hydraulic properties must be known due to their influence on solute transport. The measurement of these properties and the modelling of related parameters are often difficult, if not impossible, due to the involved time, money, instrumentation, and scale. Traditional methodologies infer hydraulic properties in samples that are in equilibrium, through invasive techniques and under some special constraints. This thesis contributes with environmental science, via soil science, as it proposes a new method to study the infiltration in the unsaturated zone of soil, by means of CT. The scanner was developed and constructed in this work. The proposed methodology uses profiling CT to measure the water content (theta) during the water flow, and by means of numerical solution of Richards equation and Rossi-Nimmo model water retention, sorptivity, hydraulic conductivity k(theta), and diffusivity D(theta) are obtained. Qualitative results, as 2D and 3D images, are presented and the quantitative results of water retention show good correlation of the proposed method with the conventional tensiometers method. Structured soil column samples are analyzed in the field and in laboratory

Densidade do solo no ambiente solo-semente e velocidade de emergência em sistema de semeadura de milho

O microambiente próximo à semente é influenciado diretamente pelo tipo de mecanismo de abertura do sulco e elemento compactador do solo. Nesse sentido, este trabalho objetivou avaliar a densidade do solo na região da semente, em sistema plantio direto, utilizando a tomografia computadorizada. O experimento foi montado em esquema de parcelas subsubdivididas, em que as parcelas foram constituídas de três teores de água do solo (0,22; 0,28; e 0,34 kg kg-1); as subparcelas, de dois mecanismos de abertura do sulco (haste sulcadora tipo facão e disco duplo); e as subsubparcelas, de dois tipos de elementos compactadores (borracha e lisa), com três repetições, no delineamento em blocos casualizados, na cultura do milho. Foram retiradas amostras indeformadas de solo sobre a linha de plantio, onde deveria conter a semente, para a obtenção de tomografias com resolução milimétrica, a fim de determinar sua densidade. Foram realizadas as determinações de densidades de solo (máxima, mínima e média), na posição onde se encontrava a semente no bloco indeformado. Os resultados mostraram que os tratamentos estudados não interferiram significativamente nos valores de índice de velocidade de emergência e densidade mínima medida pelo tomógrafo. O mecanismo tipo disco duplo proporcionou maiores valores de densidades (média e máxima), bem como menor percentagem de emergência; e o uso do elemento compactador de borracha proporcionou menor pressão aplicada sobre a semente, em decorrência da maior área de contato com o solo. O método da tomografia computadorizada mostrou-se adequado e eficiente na determinação da densidade do solo na região da semente.The microenvironment near the seed is directly affected by the type of mechanism of furrow opening and the soil compacting element. This study was therefore carried out to evaluate the soil density close to the seed in a no-till system using computerized tomography. The experiment was set up in a split-plot design in which the plots consisted of three soil water contents (0.22; 0.28; and 0.34 kg kg-1), and the subplots of two mechanisms for furrow opening (stub runner and double disk-type). The sub-subplots consisted of two compacting element types (rubber and plain) in a maize crop. The experiment was in a randomized block design with three replications. Some undisturbed soil samples corresponding to a planting spot in the planting row were removed to establish tomographies with millimetrical resolution for the determination of soil density. The maximum, minimum and average soil densities were determined at the point where the seed had been placed in the undisturbed block. The results showed that the treatments had no significant influence on the values of emergence speed index, or on the minimum density measured by the tomograph. The double-disk mechanism led to higher values of densities measured by tomography, both mean and maximum, as well as lower emergence. The use of a rubber compacting element resulted in lower seed pressure a greater contact area with the soil. Computerized tomography appeared to be an adequate and efficient method to determine soil density in the seed area

Efeitos da umidade do solo e cargas aplicadas pela roda compactadora na densidade do solo na linha de semeadura

O condicionamento físico do solo ao redor das sementes reveste-se de grande importância para o bom desenvolvimento inicial de uma cultura, assegurando população adequada de plantas. O contato ideal solo-semente é um pré- requisito para a rápida emergência e o bom estabelecimento da cultura. Este trabalho teve como objetivo estudar os efeitos da combinação entre teores de água do solo e cargas aplicadas pela roda compactadora de uma semeadora- adubadora sobre os perfis da densidade do solo na linha de semeadura em sistema de plantio direto. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso, arranjado em esquema de parcelas subdividas com quatro repetições. Consideraram-se como parcelas os três teores de água (0,27, 0,31 e 0,36 kg kg^ -1 ) e as subparcelas os quatro níveis de carga aplicada pela roda compactadora (0, 50, 90 e 140 N). Após a semeadura, foram avaliados os perfis de densidades mínima, média e máxima do solo na linha de semeadura, usando tomografia computadorizada. Os resultados permitem concluir que independentemente da carga aplicada pela roda compactadora, a densidade média do solo, no teor de água 0,36 kg kg^ -1 , apresentou valores que podem influenciar negativamente no desenvolvimento radicular da cultura e que quanto maior o teor de água do solo mais suscetível ele fica à compactação.Physical conditioning of the soil around seeds is important for the good initial development of the crop, assuring an adequate plant population. Optimum contact soil-seed is a prerequisite for the fast germination and the good crop establishment. The objective of this work was to study the effects of the combination soil water contents and loads applied by the press wheel of seed drills on the soil density profile in the planted line, in a no-tillage system. The experiment was arranged in a randomized block design in a scheme of split-plots with four replicates. The three soil water contents (0.27, 0.31 and 0.36 kg kg^ -1 ) were considered as the plots, and the four load levels applied by the press wheel (0, 50, 90 and 140 N) as sub-plots. After planting, the minimum, medium and maximum soil density profile in the planted line were evaluated using computerized tomography. Results showed that regardless of the load applied by the press wheel, the mean soil density in the water contents of 0,36 kg kg^ -1 presented values that can influence negatively plant root development, and that soil susceptibility to compaction increase with soil moisture

Avaliação do ambiente solo-semente por meio da tomografia computadorizada Evaluation of the soil-seed environment through computerized tomography

O condicionamento físico do solo ao redor das sementes reveste-se de grande importância para o bom desenvolvimento inicial da cultura, assegurando uma população sadia de plantas. O adequado contato solo-semente é um pré-requisito para a rápida emergência e o bom estabelecimento da cultura. Neste trabalho, objetivou-se utilizar a tomografia computadorizada de resolução milimétrica para determinação do ambiente solo-semente em sistema de plantio direto, logo após o plantio da cultura da soja. Utilizou-se o esquema de parcelas subdivididas, em que as parcelas constituíram-se de três teores de água do solo, correspondentes a 0,27; 0,31; e 0,36 kg kg-1, e as subparcelas de quatro níveis de carga, aplicadas pela roda compactadora, correspondentes a 0, 50, 90 e 140 N, no delineamento em blocos ao acaso, com quatro repetições. Foram avaliados a densidade média do solo na região da semente e o perfil de densidade média na linha de semeadura. De acordo com os resultados obtidos, pode-se concluir que as cargas aplicadas pela roda compactadora elevaram a densidade do solo no plano vertical da linha de semeadura abaixo da profundidade de semeadura, quando comparadas com as obtidas antes do plantio; a combinação entre cargas aplicadas pela roda compactadora e os teores de água no solo não influenciou a densidade média do solo na região da semente.<br>The physical conditioning of the soil around seeds is of great importance for an adequate initial development of a crop, ensuring a healthy plant population. A suitable soil-seed contact is a prerequisite for a fast crop germination and good establishment. In this study, computerized tomography of millimeter resolution was used to determine the soil-seed environment in a no tillage system, immediately after soybean planting. A split plot design was used, in which the plots consisted of three contents of soil water, corresponding to 0.27; 0,31 and 0.36 kg kg-1, respectively, and the split plots of four load levels applied by the compaction wheel, corresponding to 0, 50, 90 and 140 N, respectively. It was used a random block design, with four replications. The medium soil density in the seed area and the medium density profile in the sowing furrow were evaluated. According to the results, it may be concluded that: the loads applied by the compaction wheel increased soil density at the vertical planting level beneath planting depth as compared with values obtained before planting, and; the combination of wheel loads and soil water contents did not influence the mean soil density in the seed area