Nome do Projeto
Monitoramento da qualidade estrutural de solos em Bacias Hidrográficas inseridas no RS
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/07/2020 - 30/06/2024
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
O uso e o manejo de solos de forma desordenada têm ocasionado a degradação crescente de diversas áreas agrícolas. Em geral, o incremento da produtividade agrícola está condicionado a qualidade de solos sob diferentes agroecossistemas. Existem várias dúvidas, relacionadas, mais particularmente, a relação existente entre a qualidade de solos, o crescimento de raízes e a produtividade de cultivos. Em escala de bacias hidrográficas (BHs), o monitoramento e a estimativa da variabilidade espacial de atributos do solo constitui-se uma ferramenta valiosa em estudos associados ao manejo e a conservação do solo e da água e a qualidade ambiental. Com vistas a orientar a tomada de decisões, em busca de alternativas para um adequado uso, manejo e recuperação de áreas agrícolas, o objetivo geral deste projeto visa, a partir da avaliação de alguns indicadores, caracterizar a degradação físico estrutural de solos de sub bacias pertencentes a BHs localizadas no Sul do RS. Os objetivos específicos fundamentam-se em qualificar e quantificar a estrutura físico-hídrica de solos, a partir de avaliações visuais, agregação, resistência tênsil de agregados e do grau de compactação, e, quando possível parâmetros de água no solo e, ainda avaliar o desenvolvimento radicular e produtividade das principais espécies cultivadas nestas áreas. Adicionalmente, objetiva-se identificar alguns destes parâmetros que apresentem maior sensibilidade para detectar diferenças no uso e no tipo de solo, com o intuito de propor ações conjuntas e participativas para a adequação do uso da terra, buscando maior produtividade agrícola e qualidade ambiental, que possam ser adotadas em outras áreas representativas da região do Brasil.

Objetivo Geral

O objetivo geral será monitorar a estimativa da variabilidade da degradação físico-hídrica estrutural de solos em sub bacias pertencentes a bacias hidrográficas do Sul do Brasil, com vistas a indicar modelos de adequação ambiental que oriente, possivelmente a tomada de decisões, para um eficiente manejo e incremento da qualidade de solos e ambiental de outras áreas agrícolas do Brasil.

Os objetivos específicos incluem:
- Avaliar quali - quantitativamente a estrutura de solos agrícolas, a partir do visual evaluation of soil structure (VESS) e através da condutividade hidráulica saturada, densidade, porosidade, resistência à penetração, agregação e compressibilidade dos principais solos agrícolas;
- Determinar o carbono orgânico e as frações granulométricas da matéria orgânica;
- Gerar funções de pedotransferência para estimar atributos físicos a partir de outros facilmente mensuráveis;
- Avaliar quando possível, o desenvolvimento radicular das principais culturas implantadas nestas áreas e
- A partir do estabelecimento de relações entre parâmetros, propor alternativas viáveis para reduzir a degradação e ou incrementar a produtividade agrícola e ambiental de outras regiões do Brasil.

Justificativa

As diferenças de ocupação e de manejo do solo, justificam a relevância de estudos em bacias hidrográficas, unidade básica de planejamento e de gestão de recursos hídricos, os quais permitem uma melhor percepção sobre: i) características representativas da região principalmente da Encosta do Sudeste, relacionadas ao tipo, uso e manejo do solo, ii) diversos tipos de degradação e em estágios diferenciados ocasionados pela agropecuária intensiva, iii) desigualdades econômicas que ocorrem na Metade Sul, iv) a atividade agrícola predominantemente de base familiar, v) a fonte de abastecimento de água da região e vi) mudanças na matriz produtiva.
A variabilidade espacial do solo está associada, dentre outros fatores, a formação do solo, variações climáticas e de práticas de manejo. A descrição do padrão espacial de um atributo do solo possibilita a caracterização de subáreas que poderão ser tratadas de uma forma individualizada. Essa descrição é possível desde que se considere a posição no espaço dos valores amostrais e a estrutura de dependência espacial dos atributos do solo.
Apesar de, normalmente vários parâmetros de forma individual e, conjunta terem sido avaliados, como densidade, porosidade, agregação, resistência à penetração (Lima et al., 2020), carbono orgânico (Dai et al., 2019), condutividade hidráulica do solo (Kool et al,, 2019), dentre outros, fatores ainda têm dificultado em termos qualitativos e quantitativos, a definição de uma estrutura de solo ideal para o desenvolvimento de plantas. Teoricamente, uma estrutura de solo ideal é aquela que permite uma adequada área de contato entre as raízes e o solo, um espaço poroso suficiente, um contínuo movimento de água e gases e uma resistência do solo à penetração não impeditiva ao crescimento de raízes e parte aérea (Kopi & Douglas, 1991).
Parâmetros têm contribuído, de forma promissora, para o estabelecimento de índices de qualidade do solo e, conhecimento da estrutura, a partir da agregação, resistência tênsil de agregados (RT) e friabilidade (F) (Dexter & Kroesbergen, 1985). No entanto, vários fatores impedem uma avaliação precisa da estrutura de um determinado tipo solo, como exemplo, a estabilidade de agregados, a qual pode estar associada com a variabilidade ambiental, uso do solo, topografia e vegetação.
A RT é definida como a força por unidade de área para fraturar os agregados do solo, quando submetidos a uma pressão. A F tem sido caracterizada como a heterogeneidade da resistência do solo, resultante de fraturas e microfissuras no interior dos agregados (Dexter & Watts, 2000). A RT e a F são influenciadas pela umidade, argila dispersa em água, composição da solução do solo, ciclos de umedecimento e secamento do solo, mineralogia da fração argila, matéria orgânica e práticas de manejo demonstraram a variabilidade e a correlação de frações granulométricas com a resistência tênsil de agregados de Argissolos.
Utilizando informações de densidade, granulometria e umidade, funções de pedotransferência têm sido indicadas para a determinação de parâmetros compressivos por intermédio da curva de compressão uniaxial (Lima et al., 2018). A partir desta curva são normalmente obtidos valores de pressão de preconsolidação e do índice de compressão em diferentes usos e manejos de solo. A pressão de preconsolidação é um indicativo da capacidade de suporte de carga (Krümmelbein et al., 2010), sendo que a aplicação de pressões menores a esta pode causar deformações elásticas (recuperáveis) no solo, enquanto que, pressões maiores podem causar deformações plásticas, não recuperáveis. O índice de compressão, obtido pela inclinação da reta de compressão virgem, indica a susceptibilidade ou a resistência do solo à compactação. O grau de compactação expressa a compactação relativa dos solos, podendo ser um parâmetro útil para indicar alterações nos parâmetros físicos. Comparações entre solos são facilitadas no estabelecimento de relações entre diferentes tipos de solos, tráfego de máquinas e produtividade das culturas, quando a densidade ou a porosidade estão relacionadas à densidade ou porosidade do solo em algum estado de referência (Häkansson, 1990).
A avaliação visual da estrutura do solo, “Visual Evaluation of Soil Structure” (VESS), originalmente desenvolvido por Peerlkamp e, posteriormente adaptada por outros pesquisadores consiste em distinguir, com simplicidade e agilidade, a qualidade da estrutura do solo, ao mesmo tempo que proporciona fácil entendimento, respostas rápidas e simples para determinar as limitações de um solo. Correlações deste atributo com a densidade, macroporosidade, porosidade total, agregados e friabilidade tem sido postulados no Sul do País. Porem, atualmente, estudos com base neste enfoque, ainda são escassos em nível de BHs.
Em estudo de variabilidade espacial de propriedades físicas, é evidenciado que sistemas conservacionistas que preservam a matéria orgânica podem incrementar a qualidade do solo. Propriedades mecânicas e, adicionalmente as hidráulicas de solos também são influenciadas pelo carbono orgânico e sistemas de uso e manejo. Nesse sentido, há necessidade de ampliar pesquisas, com o propósito de subsidiar o manejo, a gestão e o planejamento dos recursos naturais devido à importância estratégica, econômica e social que possibilite prever o grau de degradação da estrutura e oriente práticas de manejo adequadas para o incremento da qualidade do solo e produtividade e que possam contribuir para a redução das desigualdades regionais da Metade Sul a partir de uma ação conjunta e participativa entre agricultores, técnicos, pesquisadores e extensionistas da região, com enfoque na qualidade ambiental.

Metodologia

A partir da subdivisão de bacia hidrográfica em sub bacias e, escolha de áreas representativas da região, pretende-se atingir os objetivos da presente proposta. Em áreas agrícolas, serão geradas malhas (regulares ou irregulares) e ou transeções em linhas de amostragem de blocos ou de solos com estrutura não preservada e preservada em camada de solo pré-determinada. As metodologias para avaliação dos atributos estão descritas a seguir.

Indicadores físicos do solo

Condutividade hidráulica de solo saturado
A condutividade hidráulica de solo saturado será avaliada em amostras com estrutura inalterada, utilizando um permeâmetro de carga constante.

Resistência tênsil, friabilidade e estabilidade de agregados do solo
A partir da coleta de blocos de solos com auxilio de uma pá de corte, as amostras em laboratório serão secas ao ar e, destorroadas manualmente. Agregados com diâmetros específicos serão selecionados e submetidos a ensaios de tensão indireta com auxílio de um penetrômetro com atuador linear e célula de carga de 20 kg, acoplada a um computador para aquisição e armazenamento de dados, com uma força constante de 0,3 mm s-1 até a ruptura do agregado (formação de uma fissura contínua ao longo diâmetro polar do agregado). Antes da realização dos testes, os agregados serão pesados individualmente e colocados na sua posição mais estável entre duas placas, sendo a inferior fixa e a superior móvel. A placa superior móvel, ligada à célula de carga, é a responsável pela aplicação progressiva da força sobre o agregado. A RT será calculada conforme Dexter & Kroesbergen (1985).

A estabilidade e o diâmetro médio ponderado de agregados serão avaliados com auxílio de peneiras com malhas de diferentes diâmetros, segundo Kemper & Rosenau (1986) e Palmeira et al. (1999).

Densidade, porosidade e resistência do solo à penetração
A densidade (Ds), a porosidade total (Pt), a macroporosidade (Ma) e a microporosidade (Mi) serão avaliadas em amostras com estrutura inalterada de solo, conforme metodologia, respectivamente, descrita em Blake & Hartge (1986) e em Embrapa (1997). A resistência à penetração será determinada em laboratório em mesmas amostras inalteradas e um penetrometro eletrônico com sistema de aquisição automatizada de dados e amostras inalteradas de solo, equilibradas a um potencial de 10 kPa

Compactação relativa e parâmetros compressivos do solo
Para avaliação da compactação relativa e dos parâmetros compressivos, as amostras inalteradas serão saturadas com água por 48 horas e, submetidas a um potencial mátrico de 10 kPa, em câmaras de Richards. Após o equilíbrio, cada amostra será pesada e submetida ao ensaio de compressão uniaxial. A compactação relativa será obtida a partir da relação de valores de densidade do solo (atual) e da densidade de referência, obtida com a aplicação de uma pressão pré-determinada. O ensaio de compressibilidade permitirá a obtenção da curva de compressão uniaxial, que relaciona o logaritmo da pressão aplicada (eixo x) versus a densidade do solo (eixo y) e dos valores de índice de compressão (IC) e de pressão de preconsolidação.

VESS
Para a qualificação da estrutura do solo serão avaliados o “Visual Evaluation of Soil Structure (VESS)” conforme metodologias descritas em Penning et al. (2015).


Indicadores químicos do solo

Carbono orgânico total
Em amostras de solo secas ao ar, passadas em peneira de 2 mm serão quantificados o teor de carbono orgânico (COT) por oxidação a seco em um analisador elementar CHNS. Os resultados serão expressos por massa/volume, por meio da correção pela densidade do solo. A quantificação do estoque de COT será efetuada pelo produto do teor correspondente de C em cada camada de solo pela densidade do solo e pelo fator de conversão de unidades, dependendo da camada de solo avaliada.

Fracionamento físico da matéria orgânica
As amostras deformadas serão passadas em peneira de malha de diâmetro de 9,52 mm e destinadas ao fracionamento físico granulométrico da matéria orgânica conforme Cambardella & Elliott (1992).
O carbono orgânico total, nitrogênio total, carbono da fração grosseira, carbono da fração leve livre e da fração leve oclusa serão determinados por oxidação a seco em um analisador elementar CHNS, sendo os resultados expressos em estoque de carbono (Mg ha-1), obtido pela relação massa/volume, por meio de correção pela densidade do solo.

Análises complementares
Como determinações complementares serão avaliadas a granulometria, a densidade de partículas e, no momento da coleta, a umidade gravimétrica dos solos. Será avaliado, se possível, o crescimento radicular das principais culturas, pelo método do perfil cultural. Para a avaliação do rendimento de culturas será coletado aproximadamente, cinco linhas de dois metros de comprimento de cada cultura, corrigindo-se os valores de umidade dos grãos a base úmida.

Estatística
Os dados serão submetidos a análise descritiva e ao teste não-paramétrico de Kolmogorov-Smirnov para a verificação da normalidade da distribuição de cada uma das variáveis. A dependência espacial e a correlação entre os atributos serão avaliadas. Modelos de regressão simples, multivariada e funções de pedotransferência também serão utilizados para estabelecer relações entre os resultados.

Indicadores, Metas e Resultados

Os indicadores, metas e resultados esperado fundamentam-se em:
i) contribuir na melhoria e conservação do solo, com impacto positivo no incremento da qualidade agrícola e ambiental;
ii) promover a formação de recursos humanos, a partir do envolvimento de bolsistas, estagiários e pós graduandos, do Departamento de Solos e de Engenharia Rural e do curso de Engenharia Agrícola/Centro das Engenharias e outras áreas afins, desenvolvendo competências para atuação em Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação para produção de agrícola;
iii) divulgar os resultados em eventos regionais, nacionais e internacionais, promovendo a ampliação da produção cientifica de colaboradores do projeto;
iv) publicar artigos científicos em periódicos em âmbito nacional e internacional;
v) Consolidar um grupo de pesquisa que sirva de referência na discussão do manejo de solos e incremento de produtividade no Sul do RS;
vi) Produzir um conjunto de informações úteis a serem disponibilizadas a organizações governamentais e não-governamentais, instituições de pesquisa e desenvolvimento e empresas interessadas nesta área cientifica;
vii) Produzir materiais técnicos e didáticos que possibilitem o registro e o repasse de informações a comunidade rural e cientificado Estado e
viii) Promover treinamentos e divulgar resultados em eventos de difusão de tecnologia no setor produtivo do País.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
CLAUDIA LIANE RODRIGUES DE LIMA5
FIORAVANTE JAEKEL DOS SANTOS1
Jardel Böhmer Junior
LEONIR ALDRIGHI DUTRA JUNIOR
LIZETE STUMPF2
LUIS CARLOS TIMM2
MAICON MASCARELLO DALLMANN
MARIA CANDIDA MOITINHO NUNES2
PAULO LUIS DA LUZ ANTUNES2
ROSIMERI DAMASCENO TRECHA2

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