( PDF ) Avaliação de modelos para estimar a condutividade elétrica e a concentração de potássio na solução do solo usando Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR)

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GESSIONEI DA SILVA SANTANA

AVALIAÇÃO DE MODELOS PARA ESTIMAR A CONDUTIVIDADE ELÉTRICA

E A CONCENTRAÇÃO DE POTÁSSIO NA SOLUÇÃO DO SOLO USANDO

REFLECTOMETRIA NO DOMÍNIO DO TEMPO (TDR)

Tese apresentada à Universidade

Federal de Viçosa, como parte das

exigências do Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Agrícola, para

obtenção do título de Doctor Scientiae.

VIÇOSA

MINAS GERAIS – BRASIL

2006

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Ficha catalográfica preparada pela Seção de Catalogação e

Classificação da Biblioteca Central da UFV

Santana, Gessionei da Silva, 1975 –

S232a Avaliação de modelos para estimar a condutividade elétrica e

a 2006 a concentração de potássio na solução do solo usando

Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR) / Gessionei da

Silva Santana. – Viçosa : UFV, 2006.

100p. : il.

Orientador: Márcio Mota Ramos

Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Viçosa

1. Fertirrigação. 2. Reflectometria no Domínio do Tempo.

3. Química do solo. 4. Irrigação Agrícola. 5. Solos – Umidade.

I. Universidade Federal de Viçosa. II. Título.

CDD 19.ed. 634.42587

CDD 20.ed. 634.42587

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GESSIONEI DA SILVA SANTANA

AVALIAÇÃO DE MODELOS PARA ESTIMAR A CONDUTIVIDADE ELÉTRICA

E A CONCENTRAÇÃO DE POTÁSSIO NA SOLUÇÃO DO SOLO USANDO

REFLECTOMETRIA NO DOMÍNIO DO TEMPO (TDR)

Tese apresentada à Universidade

Federal de Viçosa, como parte das

exigências do Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Agrícola, para

obtenção do título de Doctor Scientiae.

APROVADA: 18 de agosto de 2006

Dr. Eugênio Ferreira Coelho Prof. Mauro Aparecido Martinez

(Co-orientador)

Prof. Rubens Alves de Oliveira Prof. Dalmo Lopes de Siqueira

Prof. Márcio Mota Ramos

(Orientador)

A Deus,

AGRADEÇO.

Aos meus familiares,

amigos e

amigas,

DEDICO.

À Comunidade Técnico-Científica,

OFEREÇO.

iii

AGRADECIMENTOS

A DEUS, pelo dom da vida, pela energia e pela perseverança.

Aos meus pais (Gerson e Zilda), irmãos (José e Sérgio) e irmãs (Dicélia,

Nildete e Maricélia), por me incentivarem a obter novos conhecimentos e por

me proporcionarem a cada dia momentos de enorme satisfação e alegria.

À minha filha ALÉRCIA, pela alegria, pelo carinho, pelo sorriso, enfim,

por consistir na razão do meu viver.

À minha esposa, Eliete, pela presença constante e pelo incentivo

transmitido à minha pessoa, para que eu pudesse enfrentar essa árdua tarefa.

À Universidade Federal de Viçosa, por meio do Departamento de

Engenharia Agrícola (DEA), pela oportunidade concedida para a realização do

curso.

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

(CNPq), pela concessão da bolsa de estudo.

Ao Centro Nacional de Pesquisa de Mandioca e Fruticultura (CNPMF),

pertencente à Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), pela

valiosa parceria que culminou com a viabilização da minha pesquisa de

doutoramento.

Ao Centro Tecnológico do Norte de Minas Gerais (CTNM), pertencente à

Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (EPAMIG), por

oportunizar a realização da pesquisa de doutoramento.

À Escola Agrotécnica Federal de Salinas (EAFSalinas), por oportunizar

momentos preciosos para a conclusão da redação da tese.

Ao professor Márcio Mota Ramos, pela imensa contribuição e

memorável orientação durante os trabalhos realizados no decorrer do curso.

Ao meu Co-orientador, Dr. Eugênio Ferreira Coelho, pela valiosa e

inestimável orientação e colaboração.

A todos os professores e funcionários do DEA, pelos preciosos

ensinamentos, auxílio e convívio diário durante a realização do curso.

Ao grupo de pesquisa em Irrigação e Fertirrigação do Centro Nacional

de Pesquisa em Mandioca e Fruticultura da EMBRAPA, Maurício Coelho,

Tibério, Zé Cafua, Julival, Alisson, Lucas, Marcelo, Roque, Val e,

especialmente, a Tacísio, pela inestimável colaboração.

Aos funcionários do Centro Tecnológico do Norte de Minas pertencente

à EPAMIG, especialmente, a Marco Aurélio, Sival, Orlando, Roberto, Eugênio,

Dilermando e Nilma, pela expressiva colaboração.

A todos os meus amigos e amigas que, direta ou indiretamente,

contribuíram para a realização dos trabalhos.

A todos os meus contemporâneos de Pós-Graduação em Engenharia

Agrícola na Universidade Federal de Viçosa, especialmente aos amigos Élio

Cordeiro e à sua esposa, a Sra. Marita Goes, Salomão Medeiros, Paola Lo

Monaco, Gustavo Haddar, Patrícia Graça, Geraldo Magela, Delfran Batista,

Flávio Gonçalves, Wallisson Freitas, Ismael, Adão Wagner, Jusciara, Júlio

César pelo grande e valioso espírito de solidariedade e irmandade.

Enfim, a todos, na certeza de que a vitória não é minha, é nossa!

BIOGRAFIA

Gessionei da Silva Santana, filho de Gerson Brito Santana e Zilda da

Silva Santana, nasceu na cidade de Wagner, BA, em 22 de junho de 1975.

Em março de 1992, iniciou seus estudos de nível médio no Curso de

Agropecuária, em sua terra natal, concluindo-os em dezembro 1994.

Em março de 1995, ingressou no Curso de Agronomia da Universidade

Federal da Bahia, em Cruz das Almas, BA, concluindo-o em janeiro de 2000.

Em fevereiro de 2000, iniciou o Mestrado no Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Agrícola, com área de concentração em Irrigação e

Drenagem, na Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa, MG, submetendo-

se à defesa da dissertação em abril de 2002.

De abril a outubro de 2002, atuou como consultor da Organização dos

Estados Americanos (OEA), do Programa das Nações Unidas Para o Meio

Ambiente (PNUMA), do Global Environment Found (GEF), da Agência Nacional

de Águas (ANA), da Universidade Federal de Viçosa (UFV), entidade esta,

executora do Sub-projeto 4.1 – Quantificação e análise da eficiência de uso da

água pelo setor agrícola na bacia do São Francisco, do Projeto GEF São

Francisco.

Em setembro de 2002, iniciou o Doutorado no Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Agrícola, com área de concentração em Recursos

Hídricos e Ambientais, na Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa, MG,

submetendo-se à defesa de tese em agosto de 2006.

Em julho de 2005, ingressou na carreira do magistério como Professor

de Irrigação e Drenagem da Escola Agrotécnica Federal de Salinas

(EAFSalinas), em Salinas, MG.

SUMÁRIO

Página

RESUMO ........................................................................................................ VIII

ABSTRACT....................................................................................................... XI

INTRODUÇÃO GERAL.......................................................................................1

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................4

ARTIGO 1 ...........................................................................................................6

ESTIMATIVA DA CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DA SOLUÇÃO DO SOLO

A PARTIR DO TEOR DE ÁGUA E DA CONDUTIVIDADE ELÉTRICA

APARENTE DO SOLO .......................................................................................6

RESUMO ............................................................................................................6

ESTIMATING SOIL SOLUTION ELECTRICAL CONDUCTIVITY FROM

SOIL WATER CONTENT AND BULK ELECTRICAL CONDUCTIVITY

FROM SOIL ........................................................................................................7

ABSTRACT.........................................................................................................7

INTRODUÇÃO....................................................................................................8

MATERIAL E MÉTODOS .................................................................................10

RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................17

CONCLUSÕES.................................................................................................26

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................27

ARTIGO 2 .........................................................................................................31

RELAÇÃO ENTRE POTÁSSIO NA SOLUÇÃO DO SOLO, TEOR DE ÁGUA

E CONDUTIVIDADE ELÉTRICA APARENTE DO SOLO

................................31

vii

RESUMO ..........................................................................................................31

RELATIONSHIP BETWEEN POTASSIUM IN THE SOIL SOLUTION, SOIL

WATER CONTENT AND BULK ELECTRICAL CONDUCTIVITY FROM

SOIL..................................................................................................................32

ABSTRACT.......................................................................................................32

INTRODUÇÃO..................................................................................................33

MATERIAL E MÉTODOS .................................................................................35

RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................42

CONCLUSÃO ...................................................................................................54

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................54

ARTIGO 3 .........................................................................................................58

MONITORAMENTO DO TEOR DE ÁGUA E DA CONDUTIVIDADE

ELÉTRICA APARENTE E DA SOLUÇÃO DO SOLO.......................................58

RESUMO ..........................................................................................................58

MONITORING THE WATER CONTENT AND BULK ELECTRICAL

CONDUCTIVITY AND SOIL SOLUTION..........................................................59

ABSTRACT.......................................................................................................59

INTRODUÇÃO..................................................................................................60

MATERIAL E MÉTODOS .................................................................................61

RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................71

CONCLUSÕES.................................................................................................85

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................86

RESUMO E CONCLUSÕES GERAIS ..............................................................89

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................92

APÊNDICES .....................................................................................................94

APÊNDICE A ...................................................................................................95

APÊNDICE B ...................................................................................................96

APÊNDICE C...................................................................................................98

viii

RESUMO

SANTANA, Gessionei da Silva, D.Sc., Universidade Federal de Viçosa, agosto

de 2006. Avaliação de modelos para estimar a condutividade elétrica e

a concentração de potássio na solução do solo usando Reflectometria

no Domínio do Tempo (TDR). Orientador: Márcio Mota Ramos.

Conselheiros: Eugênio Ferreira Coelho, Júlio Cezar Neves Lima e Luiz

Carlos Chamhum Salomão.

A Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR) é uma técnica que vem

se despontando nos últimos anos, como uma atrativa ferramenta no

monitoramento do teor de água no solo (θ) e da condutividade elétrica aparente

do solo (CEa), sendo isso feito, em tempo real, de forma automatizada, rápida

e com o mínimo distúrbio da estrutura do solo. Aliado a isto, esta técnica

viabiliza, de forma indireta, o conhecimento da condutividade elétrica da

solução do solo (CEw) e da concentração de nutrientes nesta solução (Ci)

(WRAITH & DAS, 1998; MMOLAWA & OR, 2000 e NOBORIO, 2001).

Objetivou-se com este trabalho, avaliar, em condições de laboratório e de

campo, seis modelos que relacionam θ, CEa e CEw (RHOADES et al., 1976;

NADLER et al., 1984, modificado por RHOADES et al., 1989; RHOADES et al.,

1989; MUALEN & FRIEDMAN, 1991; HEIMOVAARA et al., 1995; VOGELER et

al., 1996), quanto à sua capacidade de estimar a CEw e a concentração de

potássio na solução do solo (K), a partir de dados de θ e CEa, obtidos por meio

da técnica da TDR, bem como, a viabilidade de uso dessa técnica no

monitoramento da variação temporal e espacial de θ, CEa e CEw, em

condições de campo. Para se estimar K, os modelos foram adaptados com

relações entre CEw e K do tipo potência (MMOLAWA & OR, 2000) e linear

(HEIMOVAARA et al., 1995; VOGELER et al., 1996). Na etapa de laboratório,

um solo aluvial de classes texturais franca (CT

) e franco-arenosa (CT

) foi

acondicionado em vasos, de forma a se obter densidades semelhantes àquelas

que ocorrem em condições de campo. Com o solo correspondente a cada

classe textural, montou-se uma bancada de 25 vasos, nos quais se aplicou

cinco soluções de cloreto de potássio, com condutividades elétricas iguais a

1,0; 2,5; 4,0; 5,5 e 7,0 dS m

-1

, de forma a se obter cinco teores de água no

solo, correspondentes a 20; 40; 60; 80 e 100% da água disponível. Na etapa de

campo, duas trincheiras foram feitas em um bananal fertirrigado por um

sistema de irrigação do tipo microaspersão. As trincheiras foram abertas na

direção diagonal, em relação às linhas de plantio, partindo-se da planta para o

microaspersor e, após a instalação das sondas de TDR, estas foram fechadas

e mantidas em repouso por um período de 60 dias. Em uma das duas

trincheiras, nas quais se monitorou a CEa, θ e CEw, o bananal foi adubado

com 432 kg ha

-1

de K

O por ano e na outra trincheira, adubado com 1.008 kg

-1

de K

O por ano. Para ambas as etapas (laboratório e campo), leituras de θ

e CEa foram feitas por meio de um equipamento de TDR. A solução do solo foi

extraída com o uso de extratores para, posteriormente, determinar CEw e K. A

CEw foi determinada por meio de condutivímetro de mesa e K por meio de

espectrofotômetro de chama. Na etapa de campo, o monitoramento de θ e CEa

foi feito em 22 posições de perfis de solo; o equipamento de TDR foi acoplado

a quatro caixas multiplexadoras (contendo cada uma oito canais), nas quais

foram conectadas 22 sondas de TDR. Por sua vez, o monitoramento da CEw

foi feito em seis das 22 posições. Na etapa de campo, em cada trincheira,

efetuaram-se leituras de θ, CEa e CEw durante oito dias, cobrindo dois eventos

de fertirrigação. As leituras de θ e CEa foram feitas a cada 15 minutos, sendo

seus valores armazenados em um datalogger. A solução do solo foi coletada

45 minutos antes e 45 minutos após cada evento de fertirrigação e, a partir daí,

em intervalos de 24 horas, até 24 horas após o segundo evento de

fertirrigação. Para a etapa de campo, após o ajuste dos modelos aos dados de

θ, CEa e CEw e, por conseguinte, obtidos os valores dos parâmetros desses

modelos, procedeu-se, com o modelo que melhor se ajustou aos dados de θ,

CEa e CEw, a uma estimativa da CEw para todo o perfil do solo monitorado

com a TDR (22 posições). Em seguida, perfis de θ, CEa e CEw foram feitos

com os valores de θ e CEa obtidos com a TDR e de CEw estimados. Tais perfis

foram feitos para os seguintes momentos: três horas antes e três horas após

cada evento de fertirrigação e, a partir daí, em intervalos de 24 horas, até 24

horas após o segundo evento de fertirrigação, para as duas doses de K

O. A

avaliação dos modelos, quanto à sua capacidade de relacionar as variáveis θ,

CEa e CEw e θ, CEa e K, foi realizada com base no coeficiente de

concordância (D), proposto por WILLMONTT (1981), no coeficiente de

determinação (R

) e no coeficiente angular da equação de uma reta do tipo Y =

aX, após otimização de seus ajustes, por meio de planilha eletrônica. É

possível estimar a CEw, a partir de dados de θ e CEa, para condição de

laboratório, por meio dos modelos avaliados, assim como, K, a partir de dados

de θ e CEa, para condição de laboratório, por meio dos modelos de RHOADES

et al. (1976), VOGELER et al. (1996) e MUALEN & FRIEDMAN (1991),

adaptados com uma relação entre CEw e K do tipo potência, nas faixas de 0 a

60 e 0 a 120 mg L

-1

, para solos de CT

e CT

, respectivamente. Os modelos

estimaram bem a CEw, a partir de θ e CEa, obtidos por meio da técnica da

TDR, em condições de campo, sendo que, os modelos de RHOADES et al.,

(1976) e VOGELER et al., (1996) foram os melhores; é possível monitorar a

variação espacial e temporal de θ, por meio da técnica da TDR, em condições

de campo, mas, essa capacidade se reduz com o aumento da salinidade do

solo, implicando em redução da qualidade dos dados por ela obtidos; e a

técnica da TDR apresentou limitação no monitoramento da variação espacial e

temporal de CEa e CEw, em condições de campo, principalmente no solo da

trincheira, na qual, o bananal foi adubado com 1.008 kg ha

-1

de K

O por ano.

ABSTRACT

SANTANA, Gessionei da Silva, D.Sc., Universidade Federal de Viçosa, August

2006. Evaluation of models for estimating electrical conductivity and

potassium concentration of the soil solution by using time domain

reflectometry (TDR). Adviser: Márcio Mota Ramos. Co-advisers: Eugênio

Ferreira Coelho, Júlio Cezar Neves Lima and Luiz Carlos Chamhum

Salomão.

Time domain reflectometry is a technique that has been outstanding in

the last years as an attractive tool for soil water content (θ) and for bulk

electrical conductivity (ECa) monitoring on real time, automatically, with the

minimum soil disturbance. Besides, this technique allows the knowledge of

electrical conductivity (ECw) and nutrient concentrations (Ci) of soil solution,

indirectly (WRAITH & DAS, 1998; MMOLAWA & OR, 2000 e NOBORIO, 2001).

This work had as objective to evaluate six models that relate θ, ECa and ECw

(RHOADES et al., 1976; NADLER et al., 1984, modified by RHOADES et al.,

1989; RHOADES et al., 1989; MUALEN & FRIEDMAN, 1991; HEIMOVAARA et

al., 1995; VOGELER et al., 1996), concerning its capability of estimating the

ECw and the potassium concentration in the soil solution from data of θ and

ECa, obtained by means of TDR technique as well to evaluate the feasibility of

using TDR technique for monitoring time and space variation of θ, ECa and

ECw, under field conditions. In order to estimate K, the models were adapted

with potential (MMOLAWA & OR, 2000) and linear (HEIMOVAARA et al., 1995;

VOGELER et al., 1996) functions relating ECw and K. During the laboratory

phase, alluvial soil classified as loam (CT

) and sand loam (CT

) was packed in

pots in order to get the same soil densities from field. Five potassium chloride

xii

solutions of electrical conductivities of 1,0; 2,5; 4,0; 5,5 and 7,0 dS m

-1

were

applied on 25 pots with each type of soil so that five soil water contents as 20;

40; 60; 80 and 100% of the available water could be obtained. During the field

phase, two trenches were dug in a banana orchard that used to be fertirrigated

by a microsprinkler irrigation system. The trenches were opened in the direction

pseudo stem - emitter and TDR probes were installed in their walls. The

trenches were filled and no readings were made for 60 days. The banana crop

was fertilized with 432 kg ha

-1

of K

O per year in one trench and in another it

was fertilized with 1,008 kg ha

-1

of K

O per year. For both phases (laboratory

and field) readings of θ and ECa were done by means of TDR equipment. The

soil solution was extracted with water samplers in order to determine ECw and

K. The ECw was determined by using a desk conductivimeter and potassium

was determined by a flame spectrophotometer. The monitoring of θ and ECa

was done in 22 locations of the soil profiles during field phase. TDR equipment

was connected to four multiplexers with eight channels each where 22 TDR

probes were plugged. ECw was also monitored in these same locations. In

each trench, θ, ECa and ECw were read during eight days for two fertirrigation

events. The readings were performed in a 15-minute intervals and stored in a

datalogger. Soil solution was collected 45 minutes before and after each

fertirrigation event and in intervals of 24 hours until 24 hours after the second

fertirrigation event. After have fitted the models to data of θ, ECa and ECw and

have determined the model parameters, CEw was estimated for the best model

in the whole profile monitored with the TDR (22 locations). Afterwards, profiles

of θ, ECa and CEw were made for the following moments: three hours before

three hours after each fertirrigation event and from that time they were made in

24-hours intervals until 24 hours after the second fertirrigation event. The

evaluation of models concerning their capability of relate θ, ECa and ECw and

θ, ECa and K was accomplished based upon the agreement coefficient (D)

proposed by WILLMONTT (1981), the goodness of fit (R

) and based upon the

angular coefficient of the linear equation Y = aX. It s possible to estimate K and

CEw from θ and ECa data, under laboratory conditions by using models of

RHOADES et al. (1976), VOGELER et al. (1996) e MUALEN & FRIEDMAN

(1991), adapted with a potential relation between in the range of 0 to 60 and 0

xiii

to 120 mg L

-1

, for CT

and CT

soils, respectively. The models estimated

reasonably CEw from θ and ECa obtained by TDR technique under field

conditions, but this capability reduces with the increase of soil salinity, reducing

data quality, as a consequence. TDR technique showed limitation in the

monitoring of spatial and temporal variation of ECa and ECw, under field

conditions, mainly in case higher amount of K

O applied (1,008 kg ha

-1

INTRODUÇÃO GERAL

A crescente conscientização da necessidade de uso racional dos

recursos naturais e, ou, produtivos, especialmente a água, aliada ao avanço da

eletrônica, tem contribuído para a intensificação dos estudos direcionados para

o monitoramento da água no solo. Na agricultura, maior consumidora de água

doce do planeta, por exemplo, a otimização do uso da água para fins de

irrigação, baseado na melhoria de informações sobre o teor de água no solo

(θ), daria substancial contribuição para tal racionalidade, evitando o desperdício

observado em diversas situações. Logo, a determinação in situ de θ é de

grande interesse, para que se obtenha uma agricultura irrigada de precisão

(JOAQUIM JÚNIOR, 2003). Sabe-se, entretanto, que os estudos direcionados

para o estabelecimento de diretrizes capazes de proporcionar o uso racional

dos recursos produtivos não devem se limitar à água, mas, também, a outros,

tais como, os agroquímicos (fertilizantes, herbicidas, etc.).

É crescente, também, a quantidade de estudos na área de

instrumentação com o objetivo de obter informações sobre o sistema solo-

água-planta-atmosfera. O conhecimento de θ é de suma importância para o

entendimento da dinâmica de água e solutos no solo (JOAQUIM JÚNIOR,

2003).

Sabe-se que o uso da fertirrigação vem crescendo substancialmente, em

todo o País, em pólos agrícolas de produção de frutas e hortaliças, sobretudo

em condições de irrigação localizada. Entretanto, informações necessárias

para o seu manejo adequado ainda são escassas (FOLEGATTI, 1999). Com

isso, é também, cada vez maior, a preocupação com possíveis impactos do

uso intensivo dessa técnica sobre o solo e a água, face à possibilidade de

contaminação de lençóis subterrâneos, devido à lixiviação de sais, dentre

outros problemas (PINTO, 2001; SILVA, et al., 2005). Vale frisar, ainda, que o

uso indiscriminado dessa técnica pode conduzir a um aumento da salinidade

do solo para níveis superiores àqueles tolerados pelas espécies cultivadas.

O monitoramento de θ é comumente feito com o uso de tensiômetro ou

por meio do método gravimétrico padrão de estufa. O primeiro, tem a limitação

de só conseguir cobrir cerca de 40% da água disponível (AD) em solos

argilosos e, de perda da escova nos solos arenosos, apesar de que, quando

funcionam nestes solos, cobrem cerca de 70% da AD; e o segundo, é limitado

por ser destrutivo e por demandar muito tempo (aproximadamente 24 horas)

para fornecer o resultado (BERNARDO, 1995).

Por sua vez, a concentração iônica e a salinidade da solução do solo

são normalmente monitoradas a partir de amostras de solo ou de solução do

solo (RHOADES & OSTER, 1986). No primeiro caso, tem-se o inconveniente

de destruir a estrutura do solo, além da limitação no tempo e no espaço, em

razão dos resultados representarem uma condição iônica e, ou, salinidade do

solo, referente apenas ao momento e ao volume de solo em que foi realizada; e

no segundo caso, não é possível conhecer o estado iônico e, ou, a salinidade

da solução do solo em tempo real, além de só ser possível em regiões do solo

com teores de água associados a potenciais superiores àqueles aplicados nos

extratores. Nota-se, portanto, a necessidade de implementação de um método

capaz de monitorar de forma contínua a distribuição de água e íons em campos

agrícolas para facilitar o manejo da fertirrigação nos solos cultivados.

Uma alternativa para tal fim, é a técnica da Reflectometria no Domínio

do Tempo (TDR) que possibilita com o uso de uma única sonda, determinar

simultaneamente o θ e a condutividade elétrica aparente do solo (CEa), em

tempo real e de forma automatizada, rápida e com o mínimo distúrbio da

estrutura do solo, além de viabilizar, de forma indireta, o conhecimento da

condutividade elétrica da solução do solo (CEw) e da concentração de

nutrientes nesta solução (Ci) (DALTON et al., 1984; WRAITH & DAS, 1998;

MMOLAWA & OR, 2000 e NOBORIO, 2001).

A TDR dispõe, ainda, de possibilidade de multiplexação, o que permite o

monitoramento de θ e CEa, em diversas posições do solo, em um mesmo

instante de tempo (WRAITH & DAS, 1998) e, a partir destas, monitorar a CEw

e a Ci, por meio de modelos que as relacionam com θ e CEa (RHOADES et al.,

1976 e VOGELER et al., 1996). O monitoramento da variação espacial e

temporal de θ, CEa, CEw e Ci pode viabilizar a estimativa de perdas de água

por percolação profunda e da evapotranspiração da cultura, a determinação de

regiões de extração de nutrientes, o conhecimento de possível perda de

nutrientes por lixiviação, dentre outros.

Diante deste cenário e em pleno limiar do século XXI, é de suma

importância a modernização da agricultura, com vistas ao uso racional dos

recursos produtivos, por meio do manejo correto de técnicas agrícolas, tais

como irrigação e fertilização dos solos, visto que estas são as responsáveis

pelo fornecimento dos dois fatores de produção (água e nutrientes,

respectivamente) que mais limitam a produção agrícola nos ambientes

tropicais. De acordo com SILVA et al. 1998, o uso otimizado de água e

fertilizantes nos sistemas agrícolas requer mecanismos precisos de controle

desses insumos, passando necessariamente, por um monitoramento freqüente

dos mesmos.

Neste sentido, estudos e, ou, medidas adotadas providos com esse

senso de racionalidade, mantêm harmonia com o conceito de agricultura de

precisão e de desenvolvimento sustentável, o que conduz para maiores

competitividades econômica e ambiental, exigidas pelo mercado globalizado e

consciente da necessidade de preservação do meio ambiente. Ademais, o

lema da tecnologia é: produzir o máximo e com qualidade, no menor intervalo

de tempo, com o menor investimento possível, com o mínimo impacto

ambiental e com responsabilidade social.

Perante esse panorama, objetivou-se com o presente trabalho:

• Avaliar seis modelos que relacionam θ, CEa e CEw, quanto à sua

capacidade de estimar a CEw a partir de dados de θ e CEa obtidos

por meio da técnica da TDR, em condições de laboratório e de

campo;

• Avaliar seis modelos que relacionam θ, CEa e CEw, adaptados com

relações entre CEw e concentração de potássio na solução do solo

(K), do tipo potência e linear, quanto à sua capacidade de estimar K a

partir de dados de θ e CEa obtidos por meio da técnica da TDR, em

condições de laboratório e de campo; e

• Avaliar a viabilidade de uso da TDR no monitoramento de θ, CEa,

CEw e K em áreas agrícolas fertirrigadas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BERNARDO, S. Manual de irrigação. 6. ed. Viçosa: UFV, 1995. 657p.

DALTON, F.N.; HERKELRATH, W.N.; RAWLINS, D.S.; RHOADES, J.D. Time-

domain reflectometry: Simultaneous measurement of soil water content and

electrical conductivity with a single probe. Science, v.224, p.989-990, 1984.

FOLEGATTI, M.V. Fertirrigação: citrus, flores e hortaliças. In: FOLEGATTI,

M.V., Apresentação, p.7-8, 1999, 460p.

JOAQUIM JÚNIOR, G.O. Desempenho do reflectômetro no domínio do

tempo na detecção de variações de umidade do solo. 2003. 81f.

Dissertação (Mestrado em Agronomia) – Escola Superior Luiz de Queiroz,

Universidade de São Paulo, Piracicaba.

MMOLAWA, K.; OR, D. Root zone solute dynamics under drip irrigation: a

review. Plant and Soil, Dordrecht, v.222, n.1-2, p.163-190, 2000.

NOBORIO, K. Measurement of soil water content and electrical conductivity by

time domain reflectometry: a review. Computers and Electronics in

Agriculture, v.31, p.213-237, 2001.

PINTO, J.M. Fertirrigação em fruticultura irrigada. Revista ITEM. ABID, Revista

Trimestral, n.49, 1

semestre de 2001, p.14-23.

RHOADES, J.D.; OSTER, J.D. Solute content. In Klute, A. (ed.) Methods of

soil analysis. Part 1, 2ed. Agronomy. Monograph 9. ASA and SSSA, Madison,

WI, p.995-1006, 1986.

RHOADES, J.D.; RAATS, P.A.; PRATHER, R.J. Effects of liquid phase

electrical conductivity, water content and surface conductivity on bulk soil

electrical conductivity. Soil Science Society of America Journal, Madison,

v.40, n.5, p.651-655, 1976.

SILVA, T.S.M. da; COELHO, E.F.; PAZ, V.P. da S.; VELLAME, L.M.;

SANTANA, G. da S. Teor de potássio na solução do solo com uso da técnica

de reflectometria no domínio do tempo. Irriga, Botucatu, v.10, n.4, p.393-402,

2005.

VOGELER, I.; CLOTHIER, B.E.; GREEN, S.R.; SCOTTER, D.R.; TILLMAN,

R.W. Characterizing water and solute movement by TDR and disk

permeametry. Soil Science Society of America Journal, Madison, v.60, n.1,

p.5-12, 1996.

WRAITH, J.M; DAS, B.S. Monitoring soil water and ionic solute distributions

using time domain reflectometry. Soil and Tillage Research, v.47, p.145-150,

1998.

ARTIGO 1

ESTIMATIVA DA CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DA SOLUÇÃO DO SOLO A

PARTIR DO TEOR DE ÁGUA E DA CONDUTIVIDADE ELÉTRICA

APARENTE DO SOLO

Gessionei da S. Santana

; Eugênio F. Coelho

; Tibério S. Martins da Silva

& Márcio M. Ramos

RESUMO: O crescente uso da técnica de fertirrigação não tem sido

acompanhado com pesquisas para disponibilizar informações capazes de

proporcionar o correto manejo dessa técnica. A reflectometria no domínio do

tempo (TDR) possibilita o monitoramento simultâneo e contínuo do teor de

água (θ) e da condutividade elétrica aparente do solo (CEa). A literatura

apresenta diversos modelos que relacionam θ e CEa com a condutividade

elétrica da solução do solo (CEw), com vistas à predição da CEw a partir de

dados de θ e CEa obtidos por meio da técnica da TDR. Porém, muitas

pesquisas demonstram a necessidade de avaliação e calibração desses

modelos para solos de diferentes classes texturais. Nesse trabalho, foram

avaliados seis modelos objetivando-se conhecer a capacidade dos mesmos em

Artigo submetido a publicação na Revista de Engenharia Agrícola – REA.

Eng

Agr

, Prof. da Escola Agrotécnica Federal de Salinas, Faz. Varginha, km 02, Rod.

Salinas-Taiobeiras, CP 71, CEP 39.560-000, Salinas, MG. Fone: (38) 3841 - 1599, e-mail:

[email protected]

Eng

Agr., Pesquisador da Embrapa Mandioca e Fruticultura, Cruz das Almas – BA.

Eng

Agr

, M. Sc., Autônomo, Cruz das Almas – BA.

Eng

Agr

, Prof. da Universidade Federal de Viçosa – DEA, Viçosa – MG.

relacionar θ, CEa e CEw. Experimentos de laboratório foram feitos, com solo de

classes texturais franca e franco-arenosa, aplicando-se soluções com cinco

condutividades elétricas combinadas com cinco teores de água no solo,

resultando em 25 colunas de solo. Os modelos demonstraram capacidade para

relacionar θ, CEa e CEw.

Palavras-chave: TDR, modelos matemáticos, manejo de fertirrigação

ESTIMATING SOIL SOLUTION ELECTRICAL CONDUCTIVITY FROM SOIL

WATER CONTENT AND BULK ELECTRICAL CONDUCTIVITY FROM SOIL

ABSTRACT: The fertirrigation technique has been increasing, but it has not

been followed by researches which can make available information to guide a

correct fertirrigation management. The time-domain reflectometry allows the

simultaneously monitoring of soil water content (θ) and bulk electrical

conductivity (CEa). The literature presents various models which relate TDR

readings of θ and CEa to soil solution electrical conductivity (CEw).

Nevertheless, many researches demonstrate the need for evaluation and

calibration of these models under different soil conditions. In this work, six

mathematical models were evaluated in order to establish the relationship

amongθ, CEa e CEw. Laboratory experiments were carried using two soil

materials, by means of applying five electrical conductivities combined with five

soil water contents in PVC columns. The models allowed a reasonable

relationship amongθ, CEa e CEw with better performance of de RHOADES et

al. (1976) e de VOGELER et al. (1996) models for the soils 1 and 2,

respectively.

Keywords: TDR, mathematical models, fertirrigation management

INTRODUÇÃO

A aplicação de fertilizantes via água de irrigação (fertirrigação), tem

crescido substancialmente em pólos agrícolas irrigados, devido, principalmente,

às vantagens conferidas por essa técnica e ao incremento no uso de

equipamentos de irrigação localizada. Dentre as vantagens da fertirrigação,

destacam-se a possibilidade de parcelamento mais adequado das doses de

nutrientes que, resulta em maior sintonia da aplicação de fertilizantes com a

marcha de absorção de nutrientes das culturas, em maior aproveitamento dos

nutrientes pelas plantas e na obtenção de plantas nutridas de maneira mais

adequada; economia de mão-de-obra; e redução do tráfego de pessoas e

máquinas na lavoura (PINTO, 2001). Por sua vez, a irrigação localizada

possibilita, de modo geral, a aplicação de água e fertilizantes com maior

eficiência.

Apesar da fertirrigação se mostrar promissora, seu êxito está

condicionado à geração de informações capazes de proporcionar o seu manejo

de forma mais adequada. O monitoramento de íons no solo constitui-se numa

das principais ferramentas no manejo de fertirrigação. Esse tem sido realizado

com base em amostragens de solo ou de solução do solo, por meio de

extratores (RHOADES & OSTER, 1986).

A amostragem de solo além de ter o inconveniente de destruir a

estrutura do solo, é limitada no tempo e no espaço, uma vez que, seus

resultados representam uma condição iônica referente apenas ao momento e

ao volume de solo em que foi realizada. De forma análoga, a extração de

solução do solo também não permite o conhecimento do estado iônico do solo

em tempo real, além de só ser possível em regiões do solo com teores de água

associados a potenciais superiores àqueles aplicados nos extratores. Portanto,

a implementação de um método capaz de monitorar de forma contínua a

distribuição de água e íons em campos agrícolas faz-se necessária para

facilitar o manejo da fertirrigação nos solos cultivados.

A técnica da Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR) foi inicialmente

aplicada ao solo por TOPP & DAVIS (1980) objetivando medir o teor de água

no solo, com base no tempo de deslocamento de pulsos eletromagnéticos por

uma linha de transmissão (sonda) introduzida no solo, composta de hastes de

aço de comprimento conhecido (TOMMASELLI & BACCHI, 2001).

Uma alternativa para o monitoramento do estado iônico do solo, visando

o correto manejo da fertirrigação, é a técnica da TDR que além de possibilitar,

com o uso de uma única sonda, a determinação simultânea do teor de água (θ)

e da condutividade elétrica aparente do solo (CEa), em tempo real, de formas

contínua, automática e rápida e com o mínimo distúrbio da estrutura do solo,

viabiliza, de forma indireta, o conhecimento da condutividade elétrica da

solução do solo (CEw) (DALTON et al., 1984; WRAITH & DAS, 1998;

NOBORIO, 2001; MUÑOZ-CARPENA et al. 2001).

A literatura tem apresentado diversos modelos que relacionam θ, CEa e

CEw (RHOADES et al., 1976; RHOADES et al., 1989; NADLER et al., 1984,

modificado por RHOADES et al., 1989; MUALEN & FRIEDMAN, 1991;

HEIMOVAARA et al., 1995; VOGELER et al., 1996).

A técnica da TDR tem sido utilizada com sucesso em várias pesquisas

objetivando a determinação da θ e CEa (RHOADES et al., 1976; RHOADES et

al., 1989; HEIMOVAARA et al., 1995; VOGELER et al., 1996; WRAITH & DAS,

1998; MUÑOZ-CARPENA et al. 2001; PERSSON & UVO, 2003), a modelagem

do bulbo molhado (SOUZA, 2002), a modelagem da dinâmica de água e

solutos na zona radicular (MMOLAWA & OR, 2000), a identificação do perfil de

extração de água pelo sistema radicular das culturas (COELHO & OR, 1996) e

a estimativa da evapotranspiração das culturas (WARD & DUNIN, 2001).

Objetivou-se neste trabalho, avaliar seis modelos que relacionam θ, CEa

e CEw, quanto à sua capacidade de estimar a CEw a partir de dados de θ e

CEa obtidos por meio da técnica da TDR.

MATERIAL E MÉTODOS

O solo utilizado no experimento foi coletado no município de Nova

Porteirinha, que se localiza na região norte de Minas Gerais. A coleta do solo

foi feita em camadas de 0,20 m de espessura, a partir da superfície do solo até

0,80 m de profundidade, o que permitiu obter duas classes texturais para

serem estudadas (Tabela 1). O solo coletado na camada superficial (0,0-0,20

m), resultou na classe textural franco-arenosa (CT

), ao passo que o solo

coletado na profundidade de 0,20-0,80 m resultou na classe textural franca

(CT

). As características químicas do solo das duas classes texturais estudadas

são apresentadas na Tabela 2. O solo foi seco ao ar, destorroado e passado

em peneira com malha de 2 mm. Segmentos de tubo de PVC com 0,19 m de

altura e 0,098 m de diâmetro interno foram preenchidos com 1,9 kg de terra

fina seca ao ar (TFSA), até a altura de 0,17 m, perfazendo, um volume de solo

no vaso de 0,00128231 m

Tabela 1. Características físico-hídricas das classes texturais do solo estudado

Classe Textural Areia Silte Argila

Densidade

do solo

Densidade de

partículas

Teor de água no solo

- 10 kPa - 1500 kPa

(g kg

-1

) kg dm

-3

(kg kg

-1

)

Franca 427,3 417,3 155,3 1,47 2,39 0,2226 0,1608

Franco-arenosa 544,0 355,0 101,0 1,45 2,43 0,2013 0,1503

Tabela 2. Características químicas das classes texturais do solo estudado

pH P K Ca

Mg Ca+Mg

Al Na H+Al

SB T V M.O.

cmol

-3

Classe textural

água

-3

% g kg

-1

Franca 6,6 24,0

0,59

5,6

0,1 5,7 0,0

0,14 0,88 6,43

7,31

88,0

3,47

Franco-arenosa 6,5 23,0

0,20

6,1

0,3 6,4 0,1

0,08 1,54 6,68

8,22

81,3

5,68

O experimento consistiu de 25 tratamentos (colunas de solo) resultantes

da combinação de cinco teores de água no solo (θ) com cinco condutividades

elétricas de soluções de cloreto de potássio (CE). Essas condutividades

elétricas foram obtidas a partir da aplicação de soluções de cloreto de potássio

com cinco concentrações desse fertilizante (C

KCl

) e os teores de água no solo a

partir da aplicação de cinco volumes dessas soluções. Esses tratamentos

foram repetidos duas vezes, para a CT

, resultando em 50 observações,

enquanto que, para a CT

, não houve repetição e, portanto, obtiveram-se 25

observações. Os teores de água no solo foram correspondentes a 20; 40; 60;

80 e 100% da água disponível e as condutividades elétricas das soluções de

cloreto de potássio correspondentes a 1,0; 2,5; 4,0; 5,5 e 7,0 dS m

-1

O teor de água na TFSA foi obtido pelo método gravimétrico padrão de

estufa, possibilitando-se a correta complementação do teor de água no solo

para os níveis desejados.

Preliminarmente, um ensaio foi realizado para determinar a relação entre

concentrações de cloreto de potássio (C

KCl

) e condutividades elétricas das

soluções de cloreto de potássio (CE). Submetendo-se os valores de C

KCl

e CE

à análise de regressão, obteve-se:

[ ]

62571

09000CE

KCl

,−

= 1,00 (1)

em que, C

KCl

e CE correspondem, respectivamente, às concentrações de

cloreto de potássio nas soluções, em g L

-1

; e às condutividades elétricas das

soluções de cloreto de potássio, em dS m

-1

Com base na Equação 1, pesaram-se quantidades de KCl que foram

diluídas em água destilada, obtendo-se as soluções que foram aplicadas sobre

a superfície do solo nas colunas de PVC. Em seguida, o solo foi coberto e

mantido em repouso por 24 horas, a fim de evitar perda de água por

evaporação e de propiciar uma distribuição mais uniforme da solução em toda

coluna de solo. Em seguida, efetuaram-se as leituras de θ e condutividade

elétrica aparente do solo (CEa) por meio de um equipamento de TDR,

utilizando uma única sonda, com três hastes de 0,10 m de comprimento.

Simultaneamente, leituras de temperatura foram feitas com um termômetro

instalado em uma coluna de solo.

O teor de água no solo (θ) foi determinado por meio da equação de

LEDIEU et al. (1986) (Equação 2). Posteriormente, calculou-se a constante

dielétrica do solo (

), com o uso da Equação 2 e substituíram-se seus valores

em uma das Equações 3a ou 3b, conforme o caso, que são as equações de

calibração da TDR para leitura de θ, para o solo utilizado no experimento.

1758011380

,, −ε=θ (2)

1002001300350017220 ε+ε−ε+−=θ

−

,,,,

para a CT

(3a)

1009000600250013090 ε+ε−ε+−=θ

−

,,,,

para a CT

(3b)

Em que, θ corresponde ao teor de água no solo, em cm

-3

A CEa foi determinada por meio da equação de GIESE & TIEMANN

(1975) (Equação 4). Posteriormente, os valores de CEa foram multiplicados

pelos valores do fator de correção de condutividade elétrica quanto aos efeitos

da temperatura (f

), que foi calculado com a Equação 5 (RICHARDS, 1954).













−

= 1

ZL120

CEa

inf

(4)

em que,

CEa = é a condutividade elétrica aparente do solo, em dS m

-1

;

L = é o comprimento da sonda, m;

= é a impedância característica da sonda, obtida em água destilada,

conforme SOUZA et. al., (2004);

= é a impedância no cabo ~ 50 Ω;

= é a amplitude do sinal eletromagnético gerado pelo TDR;

inf

= é a amplitude do sinal eletromagnético após a reflexão no início da

sonda.

(

)

(

)

3728

T25

749

T25

−

para 20

≤

C (5)

em que,

= é o fator de correção de condutividade elétrica quanto aos efeitos da

temperatura, adimensional; e

T = é a temperatura do meio no qual, a sonda de TDR se encontra

inserida, em

Logo após as leituras de θ e CEa com a TDR, a sonda foi retirada e

substituída por um segmento de tubo PVC de 12 mm de diâmetro até a

profundidade correspondente ao comprimento das hastes da sonda. No orifício

feito pelo tubo de PVC, introduziu-se um extrator de solução do solo,

devidamente limpo e aplicou-se uma sucção de 70 kPa (RHOADES et al.,

1976; HEIMOVAARA et al., 1995; WRAITH & DAS, 1998; VOGELER et al.,

1996; MUÑOZ-CARPENA et al., 2001). Após a extração de aproximadamente

15 mL de solução do solo, retirou-se o extrator, homogeneizou-se a solução,

armazenando-a em frascos de vidro, previamente limpos, para evitar

contaminação por outros íons, determinando-se posteriormente a

condutividade elétrica da solução do solo (CEw) por meio de condutivímetro de

mesa.

Os dados de θ, CEa e CEw foram processados, visando a obtenção da

relação existente entre essas variáveis e dos parâmetros dos seis modelos

avaliados nesse estudo (Tabela 3).

TABELA 3. Modelos avaliados no estudo

(1)

MODELO / AUTOR MODELO Parâmetros

(2)

Equação n

RHOADES et al. (1976)

(

)

CEsCEwbaCEa

+θ+θ= a, b, CEs

(3)

(6)

NADLER et al. (1984), modificado por RHOADES et al. (1989)

(4)

(

)

(

)

θδ−= FCEsCEfCEw

CEs

(7)

RHOADES et al. (1989)

( )

[ ]

(

)

sol

CEwdcCEa

+θ+θ

++θ−θ=

c, d (8)

MUALEN & FRIEDMAN (1991)

CEs

CEwCEa +













β, CEs

(3)

(9)

HEIMOVAARA et al. (1995)

( )

rCEwCEa













Θ−−

























Θ−−

θ−θ=

+β

θr, β

(10)

VOGELER et al., (1996)

(

)

(

)

baCEwdcCEa −θ+−θ=

a, b, c, d (11)

(1)

sendo, CEa, CEw e CEs, em dS m

-1

e θ, θs e θr em cm

-3

. No modelo de NADLER et al. (1984), mod. por RHOADES et al. (1989), CEa, CEw e CEs devem estar em S

-1

;

(2)

Obtidos por otimização, por meio do método dos mínimos quadrados;

(3)

CEs corresponde à condutividade elétrica da fração sólida do solo. Está associada com as trocas iônicas na interface sólido-líquido do solo e é normalmente considerada

como uma constante para cada solo; e

(4)

Esse modelo já apresenta na sua estrutura o fator de correção da CE quanto ao efeito da temperatura (f

), conforme RICHARDS (1954).

A fração do solo ocupada pelas suas partículas (

sol

) foi obtida por meio

da Equação 12.

sol

=θ

(12)

em que, Ds e Dp correspondem, respectivamente, à densidade do solo e das

partículas, em kg dm

-3

O índice de saturação efetiva (

) foi calculado usando-se a Equação 13.

(

)

( )

θ−θ

=Θ

(13)

em que,

correspondem, respectivamente, aos teores de água no solo

residual e de saturação, em cm

-3

. O

foi obtido por meio da equação de

cálculo da porosidade total do solo (Equação 14).













−=θ

(14)

O parâmetro empírico (

) e o fator F(

), que prevê o efeito da

tortuosidade dos poros do solo sobre o fluxo de corrente elétrica no meio

poroso, foram obtidos por meio das Equações 15 e 16, respectivamente,

válidas para 0,2 < CEws < 0,4 S m

-1

e CEs < 0,15 S m

-1

(RHOADES et al.,

1989). A CEws corresponde à condutividade elétrica da água higroscópica do

solo.

(

)

wss

θ+φ

=δ

(15)

( )

θ−θ

=θ

(16)

em que,

corresponde ao conteúdo volumétrico da fração sólida do solo (m

-3

) e

à água higroscópica do solo (m

-3

Os parâmetros empíricos

foram calculados por meio das

Equações 17 e 18, respectivamente (HEIMOVAARA et al., 1995), sendo

determinados por otimização pelo método dos mínimos quadrados.













−=

(17)













−=

(18)

A avaliação dos modelos, quanto à sua capacidade de estimar a CEw, a

partir de dados de

e CEa obtidos com a técnica da TDR, foi feita com base no

coeficiente de determinação (R

) e no grau de ajuste da variável dependente

(Y) com a variável independente (X), mediante o estabelecimento de uma

equação linear Y = aX, após otimização de seus ajustes aos dados medidos,

por meio de planilha eletrônica.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os parâmetros dos modelos avaliados e os respectivos coeficientes de

determinação (R

) são apresentados nas Tabelas 4 e 5, referentes às classes

texturais franca (CT

) e franco-arenosa (CT

), respectivamente. Verifica-se que,

para ambas as classes texturais, os modelos de RHOADES et al. (1976),

VOGELER et al., (1996) e MUALEN & FRIEDMAN (1991) foram os que melhor

se ajustaram aos dados obtidos, com R

superiores a 0,80. O modelo de

HEIMOVAARA et al. (1995) não se ajustou bem aos dados observados (R

iguais a 0,6209 e 0,4026, para as CT

e CT

, respectivamente).

No trabalho de MUÑOZ-CARPENA et al. (2001), em que a relação entre

CEa, CEw e

foi avaliada, mediante a aplicação de soluções de KBr no solo, o

modelo linear de RHOADES et al. (1976) foi o que melhor explicou essa

relação, comparativamente aos modelos de VOGELER et al., (1996) e

RHOADES et al. (1989). MUÑOZ-CARPENA et al. (2001), relatam que o

modelo de RHOADES et al. (1976) também tem se destacado em outros

trabalhos, tal como o de DE NEVE et al. (2000) e mencionam, ainda, que o

menor número de parâmetros desse modelo faz com que não haja justificativa

para o uso de outros modelos com maior número de parâmetros.

Tabela 4. Parâmetros e coeficientes de determinação dos modelos ajustados aos dados de θ, CEa e CEw, para a CT

Parâmetros

MODELO / AUTOR

a b c d

CEs

p n

RHOADES et al. (1976)

6,0261 -0,3403 - - 0,1534 - - - - - 0,8311

VOGELER et al., (1996)

1,0135 0,0675 1,4080 0,0891 - - - - - - 0,8277

MUALEN & FRIEDMAN (1991)

- - - - 0,1456 - - - - 1,6378 0,8077

RHOADES et al. (1989)

- - -0,7965

-0,1626 - - - - - - 0,7437

HEIMOVAARA et al. (1995)

- - - - - - - -5,6518 10.000 -0,8268 0,6209

NADLER et al. (1984), mod. por RHOADES et al. (1989)

- - - - 0,0251 0,6000 0,0010 - - - 0,6054

sendo, CEs, em dS m

-1

, exceto para o modelo de NADLER et al. (1984), mod. por RHOADES et al. (1989), em que, CEs é expressa em S m

-1

Tabela 5. Parâmetros e coeficientes de determinação dos modelos ajustados aos dados de θ, CEa e CEw, para a CT

Parâmetros

MODELO / AUTOR

a b c d

CEs

p n

VOGELER et al., (1996)

2,1558 0,2821 -0,6625 -0,4227 - - - - - - 0,8504

RHOADES et al. (1976)

1,5911 0,9835 - - 0,1643 - - - - - 0,8123

MUALEN & FRIEDMAN (1991)

- - - - 0,1709 - - - - 1,4839 0,8109

RHOADES et al. (1989)

- - -0,9629 -0,1235 - - - - - - 0,7537

HEIMOVAARA et al. (1995)

- - - - - - - -169.493 10.000 -0,7593 0,4026

NADLER et al. (1984), mod. por RHOADES et al. (1989)

- - - - - - - - - - -

sendo, CEs, em dS m

-1

, exceto para o modelo de NADLER et al. (1984), mod. por RHOADES et al. (1989), em que, CEs é expressa em S m

-1

WRAITH & DAS (1998) aplicando soluções de KNO

no solo, avaliaram

a relação entre CEa, CEw e

, por meio do modelo de RHOADES et al. (1976)

e obtiveram bom ajuste desse modelo aos seus dados experimentais. É

importante frisar que, apesar do modelo empírico de VOGELER et al., (1996)

ter sido concebido para solos com elevada agregação, este se ajustou bem aos

dados, com R

próximo daquele obtido pelo modelo de RHOADES et al.

(1976). O modelo de MUALEN & FRIEDMAN (1991), também dispõe de

apenas dois parâmetros e, no entanto, ajustou-se bem aos dados (R

igual a

0,8077).

Quanto ao parâmetro CEs, presente nos modelos de RHOADES et al.

(1976), NADLER et al. (1984), modificado por RHOADES et al. (1989) e

MUALEN & FRIEDMAN (1991), percebe-se que, seus valores foram

relativamente concordantes para os modelos de RHOADES et al. (1976) e

MUALEN & FRIEDMAN (1991) (0,1534 e 0,1456 dS m

-1

, para a CT

, e 0,1643 e

0,1709 dS m

-1

, para a CT

, respectivamente). Resultados similares a esses

foram obtidos por PERSSON & UVO (2003), ajustando os modelos de

RHOADES et al. (1976) e MUALEN & FRIEDMAN (1991), aos dados de

, CEa

e CEw, em um solo com características texturais semelhantes às do solo

estudado nesse trabalho. Já o modelo de NADLER et al. (1984), modificado por

RHOADES et al. (1989), ajustado apenas à CT

, superestimou esse parâmetro

(0,2510 dS m

-1

), em aproximadamente, 0,1 dS m

-1

, comparativamente aos

outros dois modelos.

A CEs que corresponde à condutividade elétrica da fração sólida do solo

é um parâmetro que está associado com as trocas iônicas na interface sólido-

líquido do solo (MUÑOZ-CARPENA et al. 2001). Portanto, a estimativa de uma

maior CEs, sugere um maior potencial de passagem de íons salinos da fração

sólida para a fração líquida do solo, resultando assim, em maior CEw. Os

valores de CEs obtidos pelos modelos de RHOADES et al. (1976) e MUALEN

& FRIEDMAN (1991), para a CT

, foram ligeiramente maiores que aqueles

obtidos pelos mesmos modelos, para a CT

. Essa constatação reforça os

relatos de PONIZOVSKY et al. (1999) e JACOBSEN & SCHJONNING (1993),

de que a textura do solo tem influência nos parâmetros de calibração da TDR.

O baixo desempenho do modelo de HEIMOVAARA et al. (1995) aos

dados observados pode decorrer do fato desse modelo não conter na sua

estrutura o parâmetro CEs. Ademais, esse modelo fundamenta-se na curva de

retenção de água no solo, que pode variar com o solo, resultando, por

conseguinte, em limitação para esse modelo.

Nas Figuras 1 e 2, referentes às CT

e CT

, respectivamente, traçou-se,

para cada

, os valores dos dados medidos e estimados pelos modelos,

utilizando os parâmetros contidos nas Tabelas 4 e 5. Observa-se que, a CEw

varia linearmente com a CEa. Essa linearidade também foi observada em

outras pesquisas (RHOADES et al., 1976; DALTON et al., 1984; VOGELER et

al., 1997; NADLER, 1997; MMOLAWA & OR, 2000; MUÑOZ-CARPENA et al.,

2001). Verifica-se que, para um mesmo valor de CEa, a CEw é tanto menor

quanto maior for o teor de água no solo, o que se deve à maior diluição dos

sais presentes na solução do solo. Por outro lado, percebe-se que, para um

mesmo valor de CEw, quanto maior o teor de água no solo maior a CEa, o que

se justifica pelo fato da CEa se referir à condutividade elétrica do meio como

um todo, computando, também, a condutividade elétrica proveniente das trocas

iônicas na interface sólido-líquido (CEs).

Figura 1. Relação entre CEa e CEw obtida a partir dos ajustes dos modelos que relacionam CEa, CEw e θ, para a CT

0,0

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa estimada (dS/m)

CEw medida (dS/m)

Rhoades et al., (1976)

0,0

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa estimada (dS/m)

CEw medida (dS/m)

Vogeler et al., (1996)

0,0

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa estimada (dS/m)

CEw medida (dS/m)

Mualen & Friedman (1991)

0,0

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa estimada (dS/m)

CEw medida (dS/m)

Rhoades et al., (1989)

0,0

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa estimada (dS/m)

CEw medida (dS/m)

Heimovaara et al. (1995)

0,0

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa medida (dS/m)

CEw estimada (dS/m)

Nadler et al., (1984), mod. por Rhoades et al., (1989)

=17,5± 0,9

= 20,1± 0,7

= 22,2 ± 1,4

= 23,7 ± 1,9

= 26,9 ± 2,0

Figura 2. Relação entre CEa e CEw obtida a partir dos ajustes dos modelos que relacionam CEa, CEw e θ, para a CT

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,2 0,4 0,5 0,7 0,9

CEa estimada (dS/m)

CEw medida (dS/m)

Mualen & Friedman (1991)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,2 0,4 0,5 0,7 0,9

CEa estimada (dS/m)

CEw medida (dS/m)

Rhoades et al., (1989)

0,0

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa medida (dS/m)

CEw estimada (dS/m)

Heimovaara et al., (1995)

=16,5± 0,8

= 18,1± 1,0

= 20,4 ± 1,3

= 22,5 ± 1,3

= 24,5 ± 1,8

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,2 0,4 0,5 0,7 0,9

CEa estimada (dS/m)

CEw medida (dS/m)

Vogeler et al., (1996)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,2 0,4 0,5 0,7 0,9

CEa estimada (dS/m)

CEw medida (dS/m)

Rhoades et al., (1976)

Nas Figuras 3 e 4, referentes às CT

e CT

, respectivamente, os dados

de CEa estimados pelos modelos foram plotados em função dos valores

medidos, estabelecendo-se uma função do tipo Y = aX. Analisando-se os

coeficientes de determinação (R

) e angulares, obtidos em relação à unidade,

ou seja, a discrepância entre as retas 1:1 e estimada, percebe-se que, para a

(Figura 3), os modelos que proporcionaram os melhores ajustes entre

dados estimados e medidos foram os de RHOADES et al. (1976) e de

VOGELER et al., (1996), com R

iguais a 0,9725 e 0,9720 e coeficientes

angulares iguais a 0,9725 e 0,9720, respectivamente. O valor do coeficiente

angular obtido para o modelo de HEIMOVAARA et al. (1995), igual a 0,9388, foi

o que mais destoou em relação à reta 1:1, implicando numa subestimação de

6,12%. O modelo de NADLER et al. (1984), modificado por RHOADES et al.

(1989) proporcionou o menor valor de R

(0,9143) e seu coeficiente angular

igual a 1,0267, indica que este modelo superestima a CEw em 2,67%, em

relação à reta 1:1 (Figura 3).

Para a CT

(Figura 4), os melhores ajustes entre dados de CEa

estimados e medidos foram obtidos com os modelos de VOGELER et al.,

(1996), RHOADES et al. (1976) e de MUALEN & FRIEDMAN (1991), com R

iguais a 0,9798, 0,9747 e 0,9745 e coeficientes angulares iguais a 0,9798,

0,9747 e 0,9752, respectivamente. Assim como observado para a CT

, para a

, o modelo de HEIMOVAARA et al. (1995) foi o que proporcionou a menor

relação entre os valores de CEa estimados e medidos, com R

igual a 0,9195 e

coeficiente angular igual a 0,9324, o que implica em subestimação de 6,76%

em relação à reta 1:1.

Percebe-se em ambas as classes texturais, uma discrepância entre os

valores estimados e medidos máxima igual a 6,76% (coeficientes angulares

entre 0,9324 e 1,0267), em relação à reta 1:1. Nota-se ainda, que o modelo

que apresentou os piores indicadores de ajustes (R

e coeficientes angulares)

foi o de HEIMOVAARA et al. (1995) (R

iguais a 0,9384 e 0,9195 e coeficientes

angulares iguais a 0,9388 e 0,9324, para as CT

e CT

, respectivamente).

Figura 3. Relação entre as variáveis observada e estimada pelos modelos que relacionam CEa, CEw e θ, para a CT

CEa estimada = 0,9725 CEa medida

= 0,9725

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa medida (dS/m)

CEa estimada (dS/m)

Rhoades et al., (1976)

CEa estimada = 0,9720 CEa medida

= 0,9720

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa medida (dS/m)

CEa estimada (dS/m)

Vogeler et al., (1996)

CEa estimada = 0,9650 CEa medida

= 0,9688

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa medida (dS/m)

CEa estimada (dS/m)

Mualen & Friedman (1991)

CEa estimada = 0,9464 CEa medida

= 0,9585

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa medida (dS/m)

CEa estimada (dS/m)

Rhoades et al., (1989)

CEa estimada = 0,9388 CEa medida

= 0,9384

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

CEa medida (dS/m)

CEa estimada (dS/m)

Heimovaara et al. (1995)

CEw estimada = 1,0267 CEw medida

= 0,9143

0,0

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

0,0 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0

CEw medida (dS/m)

CEw estimada (dS/m)

Reta 1:1

Y = a X

Nadler et al., (1984), mod. por Rhoades et al., (1989)

Figura 4. Relação entre as variáveis observada e estimada pelos modelos que relacionam CEa, CEw e θ, para a CT

CEa estimada = 0,9798 CEa medida

= 0,9798

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

CEa medida (dS/m)

CEa estimada (dS/m)

Vogeler et al., (1996)

CEa estimada = 0,9752 CEa medida

= 0,9745

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

CEa medida (dS/m)

CEa estimada (dS/m)

Mualen & Friedman (1991)

CEa estimada = 0,9747 CEa medida

= 0,9747

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

CEa medida (dS/m)

CEa estimada (dS/m)

Rhoades et al., (1976)

CEa estimada = 0,9628 CEa medida

= 0,9628

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

CEa medida (dS/m)

CEa estimada (dS/m)

Rhoades et al., (1989)

CEa estimada = 0,9324 CEa medida

= 0,9195

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

CEa medida (dS/m)

CEa estimada (dS/m)

Reta

1:1

Y = a

Heimovaara et al. (1995)

Analisando-se os coeficientes angulares e o posicionamento da reta

estimada, em relação à reta 1:1, das duas classes texturais, verifica-se que,

tais coeficientes são inferiores à unidade e que a reta estimada posiciona-se

abaixo da reta 1:1, o que sugere uma ligeira tendência de subestimativa da

variável CEa, nos modelos que explicitam a CEa (ver Tabela 3). Já quanto ao

modelo de NADLER et al. (1984), modificado por RHOADES et al. (1989),

ajustado aos dados da CT

e que, explicita a CEw, verifica-se comportamento

oposto, ou seja, ligeira tendência de superestimativa da variável CEw.

CONCLUSÕES

Os modelos avaliados se mostraram capazes de relacionar

, CEa e

CEw, com vistas à predição da CEw a partir de dados de

e CEa obtidos por

meio da técnica de TDR, em condições de laboratório; e

O modelo de RHOADES et al. (1976) foi o que melhor relacionou

, CEa

e CEw para a classe textural franca (CT

) e o de VOGELER et al. (1996), para a

classe textural franco-arenosa (CT

), em condições de laboratório.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

COELHO, E.F.; OR, D. A parametric model for two-dimensional water uptake

by corn roots under drip irrigation.

Soil Science Society of America Journal

v.60, p.1039-1049, 1996.

DALTON, F.N.; HERKELRATH, W.N.; RAWLINS, D.S.; RHOADES, J.D. Time-

domain reflectometry: Simultaneous measurement of soil water content and

electrical conductivity with a single probe.

Science

, v.224, p.989-990, 1984.

DE NEVE, S.; VAN DE STEENE, J.; HARTMANN, R.; HOFMAN, G. Using time

domain reflectometry for monitoring mineralization of nitrogen from soil organic

matter.

European Journal of Soil Science

, v.51, p.295-304, 2000.

GIESE, K.; TIEMANN, R. Determination of the complex permitivity from the

sample time domain reflectometry.

Adv. Mol. Relax. Processes

, v.7, p.45-49,

1975.

HEIMOVAARA, T.J.; FOCKE, A.G.; BOUTEN, W.; VERSTRANTEN, J.M.

Assessing temporal variations in soil water composition with time domain

reflectometry.

Soil Science Society of America Journal

, v.59, p.689-698,

1995.

JACOBSEN, O.H.; SCHJONNING, P. A laboratory calibration of time domain

reflectometry for soil water measurement including effects of bulk density and

texture.

Journal of Hydrology

, v.151, p.147-157, 1993.

LEDIEU, J.; De RIDDER, P.; De CLERCK, P; DAUTREBANDE, S. A method

measuring soil water moisture by time-domain reflectometry.

Journal of

Hydrology

, v.88, p.319-328, 1986.

MMOLAWA, K; OR, D. Root zone solute dynamics under drip irrigation: a

review.

Plant and Soil

, v.222, p.163-190, 2000.

MUALEN, Y.; FRIEDMAN, S.P. Theoretical prediction of electrical conductivity

in saturated and unsaturated soil.

Water Resources Researches

, v.27,

p.2771-2777, 1991.

MUÑOZ-CARPENA, R.; REGALADO, C.M.; ALVAREZ-BENEDÍ, J.;

SOCORRO, A.R.; PÉREZ, N. Determinación simultánea mediante TDR del

transporte de agua y un soluto salino en el suelo. In: LÓPEZ, J.J. e QUEMADA,

M. ed. V,

Temas de Investigación en Zona no Saturada

. p.1-7. Pamplona:

Universidade Pública de Navarra, 2001.

NADLER, A. Discrepancies between soil solute concentration estimates

obtained by TDR and aqueous extracts.

Australian Journal Soil Researches

v.35, p 527-537, 1997.

NADLER, A.; FRENKEL, H.; MANTELL, A. Applicability of the four-probe

technique under extremely variable water contents and salinity distribution.

Soil

Science Society of America Journal

, v.48, p.1258-1261, 1984.

NOBORIO, K. Measurement of soil water content and electrical conductivity by

time domain reflectometry: a review.

Computers and Electronics in

Agriculture

, v.31, p.213-237, 2001.

PERSSON, M.; UVO, C.B. Estimating soil solution electrical conductivity from

time domain reflectometry measurements using neural networks.

Journal of

Hydrology

, v.273, p.249-256, 2003.

PINTO, J.M. Fertirrigação em fruticultura irrigada.

Revista ITEM

. ABID, Revista

Trimestral, n.49, 1

semestre de 2001, p.14-23.

PONIZOVSKY, A.A.; CHUDINOVA, S.M.; PACHEPSKY, Y.A. Performance of

TDR calibration models as affected by soil texture.

Journal of Hydrology

v.218, p.35-43, 1999.

RHOADES, J.D.; MANTEGHI, N.A.; SHOUSE, P.J.; ALVES, W.J. Soil electrical

conductivity and salinity: new formulations and calibrations.

Soil Science

Society of America Journal

, v.53, p.433-439, 1989.

RHOADES, J.D.; OSTER, J.D. Solute content. In Klute, A. (ed.)

Methods of

soil analysis

. Part 1, 2ed. Agronomy. Monograph 9. ASA and SSSA, Madison,

WI, p.995-1006, 1986.

RHOADES, J.D.; RAATS, P.A.; PRATHER, R.J. Effects of liquid phase

electrical conductivity, water content and surface conductivity on bulk soil

electrical conductivity.

Soil Science Society of America Journal

, v.40, p.651-

655, 1976.

RICHARDS, L.A. (ed.).

Diagnosis and improvement of saline and alkali

soils

. Washington: United States Salinity Laboratory, 1954. 160p. USDA

Agriculture Handbook 60

SOUZA, C.F.

A utilização da reflectometria no domínio do tempo (TDR) na

modelagem do bulbo molhado do solo irrigado por gotejamento

. 2002.

115f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) – Universidade Estadual de

Campinas, Campinas.

TOMMASELLI, J.T.G.; BACCHI, O.O.S. Calibração de um equipamento de

TDR para medida de umidade de solos.

Pesquisa Agropecuária Brasileira

v.36, n.9, p.1145-1154, 2001.

TOPP, G.C.; DAVIS, J.L. Electromagnetic determination of soil water content:

measurements in coaxial transmission lines.

Water Resources Researches

v.16, p.574-582, 1980.

VOGELER, I.; CLOTHIER, B.E.; GREEN, S.R.; SCOTTER, D.R.; TILLMAN,

R.W. Characterizing water and solute movement by TDR and disk

permeametry.

Soil Science Society of America Journal

, Madison, v.60, n.1,

p.5-12, 1996.

VOGELER, I.; CLOTHIER, B.E.; GREEN, S.R. TDR estimation of the resident

concentration of electrolyte in the soil solution.

Australian Journal Soil

Researches

, v.35, p.515-526, 1997.

WARD, P.R.; DUNIN, F.X. Growing season evapotranspiration from duplex

soils in south-western Australia.

Agricultural Water Management

, v.50, p.141-

159, 2001.

WRAITH, J.M; DAS, B.S. Monitoring soil water and ionic solute distributions

using time domain reflectometry.

Soil and Tillage Research

, v.47, p.145-150,

1998.

ARTIGO 2

RELAÇÃO ENTRE POTÁSSIO NA SOLUÇÃO DO SOLO, TEOR DE ÁGUA E

CONDUTIVIDADE ELÉTRICA APARENTE DO SOLO

Gessionei da S. Santana

(Foto), Eugênio F. Coelho

, Tibério S. M. da Silva

& Márcio M. Ramos

Artigo submetido a publicação na Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental –

AGRIAMBI

Escola Agrotécnica Federal de Salinas, Fazenda Varginha, km 02, Rodovia Salinas-

Taiobeiras, CP 71, CEP 39560-000, Salinas, MG. Fone: (38) 3841 - 1599. E-mail:

[email protected]

Embrapa Mandioca e Fruticultura, CP 07, CEP 44380–000, Cruz das Almas, BA. Fone: (75)

3621 – 8021. E-mail: [email protected]brapa.br e tibério_s@hotmail.com

Departamento de Engenharia agrícola – UFV, CEP 39560-000, Viçosa, MG. Fone: (31) 3899

– 1914. E-mail: mmramos@ufv.br

Resumo

: Utilizando modelos que relacionam teor de água (

), condutividade

elétrica aparente do solo (CEa) e condutividade elétrica da solução do solo

(CEw), objetivou-se estimar a concentração de potássio na solução do solo (K),

em duas classes texturais: franca (CT

) e franco-arenosa (CT

), em condições

de laboratório. Cinco soluções de cloreto de potássio, com condutividades

elétricas (1,0; 2,5; 4,0; 5,5 e 7,0 dS m

-1

), foram aplicadas sobre o solo

acondicionado em colunas de PVC, para obter cinco teores de água,

correspondentes a 20; 40; 60; 80 e 100% da água disponível. Efetuaram-se

leituras de

e CEa com um aparelho de reflectometria no domínio do tempo

(TDR) e se extraiu solução do solo com extrator de cápsula de cerâmica, para

determinar a CEw e a concentração de K. Três modelos foram ajustados aos

dados. É possível estimar a concentração de K na solução do solo, a partir de

e CEa, para condição de laboratório, por meio dos modelos de RHOADES et

al. (1976), VOGELER et al. (1996) e MUALEN & FRIEDMAN (1991), adaptados

com uma relação entre CEw e K do tipo potência, nas faixas de 0 a 60 e 0 a

120 mg L

-1

, para solos de CT

e CT

, respectivamente.

Palavras-chave

: concentração iônica, TDR, manejo de fertirrigação

RELATIONSHIP BETWEEN POTASSIUM IN THE SOIL SOLUTION, SOIL

WATER CONTENT AND BULK ELECTRICAL CONDUCTIVITY FROM SOIL

Abstract

: The objective of this work was to evaluate the feasibility of estimating

the potassium concentration in the soil solution (K), under laboratory conditions,

for loam (CT

) and sand loam (CT

) soils, through models that relate soil water

content (

), bulk electrical conductivity (CEa) and soil solution electrical

conductivity (CEw). Five potassium chloride solutions regarding to five electrical

conductivities (1.0; 2.5; 4.0; 5.5 and 7.0 dS m

-1

), were applied on a soil that was

packed in PVC columns in order to obtain five soil water contents,

correspondents of the 20; 40; 60; 80 e 100% of the water available. Readings of

and CEa were done by using time domain reflectometry (TDR) equipment and

soil solution was extracted by a water sampler to determine CEw and K. Three

models were fitted to the data by an electronic sheet. It is feasible to estimate

potassium concentration in the soil solution from

and CEa for laboratory

conditions by the models of RHOADES et al. (1976), VOGELER et al. (1996)

and MUALEN & FRIEDMAN (1991) using a potential relationship between CEw

and K in the range of 0 to 60 and 0 to 120 mg L

-1

, for soils of CT

and CT

respectively.

Key words

: ionic concentration, TDR, fertirrigation management

INTRODUÇÃO

A fertirrigação vem sendo utilizada, em todo o País, especialmente na

Região Nordeste, em pólos agrícolas de produção de frutas e hortaliças. O uso

desta técnica é crescente, sobretudo em condições de irrigação localizada.

Com a expansão do uso desta tecnologia, a demanda por informações para o

seu correto manejo tem aumentado sensivelmente; não obstante, tais

informações ainda são escassas (FOLEGATTI, 1999). Os estudos a respeito

de fertirrigação têm-se direcionado para a definição de freqüências de

aplicação de fertilizantes e de doses e fontes de nutrientes, para condição de

fertirrigação. Além disto, é cada vez maior a preocupação com possíveis

impactos do uso intensivo dessa técnica sobre o solo e a água, face à

possibilidade de contaminação de lençóis subterrâneos, devido à lixiviação de

sais, e de ocorrência de desequilíbrio químico e de alterações no pH do solo

(PINTO, 2001).

O monitoramento da concentração de íons no solo é de suma

importância no manejo da fertirrigação e, a implementação de um sistema

automatizado capaz de monitorar, de forma contínua, a distribuição de água e

de íons em áreas agrícolas, faz-se necessária para o manejo adequado da

fertirrigação. Uma alternativa para tal fim, é a técnica da Reflectometria no

Domínio do Tempo (TDR) que possibilita com o uso de uma única sonda,

determinar simultaneamente o teor de água (

) e a condutividade elétrica

aparente do solo (CEa), em tempo real e de forma automatizada, rápida e com

o mínimo distúrbio da estrutura do solo, além de viabilizar, de forma indireta, o

conhecimento da condutividade elétrica da solução do solo (CEw) e da

concentração de nutrientes nesta solução (DALTON et al., 1984; WRAITH &

DAS, 1998; MMOLAWA & OR, 2000; MUÑOZ-CARPENA et al. 2001;

NOBORIO, 2001).

A técnica da TDR foi aplicada, inicialmente, ao solo, por TOPP & DAVIS

(1980) objetivando medir o teor de água, com base no tempo de deslocamento

de pulsos eletromagnéticos, através de uma linha de transmissão (sonda)

introduzida no solo, composta de hastes de aço de comprimento conhecido

(TOMMASELLI & BACCHI, 2001). Posteriormente, esta técnica foi utilizada

com sucesso em várias pesquisas, objetivando-se determinar a

e CEa

(RHOADES et al., 1976; RHOADES et al., 1989; VOGELER et al. (1996);

HEIMOVAARA et al., 1995; PERSSON & UVO, 2003), modelar a dinâmica de

água e solutos iônicos na zona radicular (MMOLAWA & OR, 2000), identificar o

perfil de extração de água pelo sistema radicular das culturas (COELHO & OR,

1996) e estimar a evapotranspiração das culturas (WARD & DUNIN, 2001).

WRAITH & DAS (1998) e PERSSON & UVO (2003) relatam que, devido

à relação existente entre a CEa e a CEw e entre CEw e concentração iônica

da solução do solo (Ci), é possível usar a TDR para monitorar a distribuição de

água e solutos iônicos no solo. Contudo, a TDR não determina, de forma direta,

CEw e Ci, mas diversos modelos propostos na literatura relacionam

, CEa e

CEw (RHOADES et al., 1976; RHOADES et al., 1989; MUALEN & FRIEDMAN,

1991; HEIMOVAARA et al., 1995; VOGELER et al., 1996). Pesquisas mais

recentes revelaram também que é possível relacionar, satisfatoriamente, a

CEw com a Ci (WRAITH & DAS, 1998; MMOLAWA & Or, 2000; MUÑOZ-

CARPENA et al., 2001). HEIMOVAARA et al. (1995) e VOGELER et al. (1996)

relatam que a maioria dos autores concorda que é possível relacionar a CEw

estimada com a Ci de um íon predominante na solução do solo, obtendo-se

bons ajustes com modelos lineares; mas, há a necessidade de calibração

destes modelos para tal fim (WRAITH & DAS, 1998; PERSSON & UVO, 2003).

Desenvolveu-se este trabalho, em condições de laboratório, objetivando-

se estimar a concentração de potássio na solução do solo (K), a partir de dados

e CEa, determinados por meio da técnica da TDR, utilizando-se um solo

aluvial de classes texturais franca (CT

) e franco-arenosa (CT

MATERIAL E MÉTODOS

No experimento foi utilizado um solo aluvial, coletado no Município de

Nova Porteirinha, MG. A coleta do solo foi feita em camadas de 0,20 m de

espessura, a partir da superfície do solo até 0,80 m de profundidade, o que

possibilitou definir duas classes texturais para serem estudadas (Tabela 1). O

solo coletado na camada superficial (0,0-0,20 m), resultou na classe textural

franco-arenosa (CT

), ao passo que o solo coletado na profundidade de 0,20-

0,80 m resultou na classe textural franca (CT

). As características químicas do

solo das duas classes texturais estudadas são apresentadas na Tabela 2. O

solo foi seco ao ar, destorroado e passado em peneira com malha de 2 mm.

Segmentos de tubo de PVC com 0,19 m de altura e 0,098 m de diâmetro

interno foram preenchidos com 1,9 kg de terra fina seca ao ar (TFSA), até a

altura de 0,17 m, perfazendo, um volume de solo no vaso de 0,00128231 m

Tabela 1. Características físico-hídricas das classes texturais do solo estudado

Classe Textural Areia Silte Argila

Densidade

do solo

Densidade de

partículas

Teor de água no solo

- 10 kPa - 1500 kPa

(g kg

-1

) kg dm

-3

(kg kg

-1

)

Franca 427,3 417,3 155,3 1,47 2,39 0,2226 0,1608

Franco-arenosa 544,0 355,0 101,0 1,45 2,43 0,2013 0,1503

Tabela 2. Características químicas das classes texturais do solo estudado

pH P K Ca

Mg Ca+Mg

Al Na H+Al

SB T V M.O.

cmol

-3

Classe textural

água

-3

% g kg

-1

Franca 6,6 24,0

0,59

5,6

0,1 5,7 0,0

0,14 0,88 6,43

7,31

88,0

3,47

Franco-arenosa 6,5 23,0

0,20

6,1

0,3 6,4 0,1

0,08 1,54 6,68

8,22

81,3

5,68

O experimento consistiu de 25 tratamentos (colunas de solo) resultantes

da combinação de cinco teores de água no solo (

) com cinco condutividades

elétricas de soluções de cloreto de potássio (CE). Essas condutividades

elétricas foram obtidas a partir da aplicação de soluções de cloreto de potássio

com cinco concentrações desse fertilizante (C

KCl

) e os teores de água no solo a

partir da aplicação de cinco volumes dessas soluções. Esses tratamentos

foram repetidos duas vezes, para a CT

, resultando em 50 observações,

enquanto que, para a CT

, não houve repetição e, portanto, obtiveram-se 25

observações. Os teores de água no solo foram correspondentes a 20; 40; 60;

80 e 100% da água disponível e as condutividades elétricas das soluções de

cloreto de potássio correspondentes a 1,0; 2,5; 4,0; 5,5 e 7,0 dS m

-1

(Figura 1).

Figura 1. Croqui dos tratamentos provenientes da combinação de cinco

com

cinco CE

O teor de água na TFSA foi obtido pelo método gravimétrico padrão de

estufa, possibilitando-se a correta complementação de

para os níveis

desejados.

Preliminarmente, um ensaio foi realizado para determinar a relação entre

concentrações de cloreto de potássio (KCl) e condutividades elétricas (CE) de

CE (dS m

-1

)

1,0 2,5 4,0 5,5 7,0

θ (%, em base de volume)

17,0 ± 1,4 19,0 ± 1,8 21,4 ± 2,2 23,4 ± 2,2 26,0 ± 3,0

CE (dS m

-1

)

1,0 2,5 4,0 5,5 7,0

θ (%, em base de volume)

17,0 ± 1,4 19,0 ± 1,8 21,4 ± 2,2 23,4 ± 2,2 26,0 ± 3,0

soluções de KCl. Submetendo-se os valores de concentrações de KCl e CE

das soluções de KCl à análise de regressão, obteve-se:

[ ]

6257,1

0900,0CE

KCl

−

= 1,00 (1)

em que, KCl e CE correspondem, respectivamente, às concentrações de

cloreto de potássio nas soluções, em g L

-1

; e às condutividades elétricas das

soluções de cloreto de potássio, em dS m

-1

Com base na Equação 1, pesaram-se quantidades de KCl que foram

diluídas em água destilada, obtendo-se as soluções que foram aplicadas sobre

a superfície do solo nas colunas de PVC. Em seguida, o solo foi coberto e

mantido em repouso por 24 horas, a fim de evitar perda de água por

evaporação e de propiciar uma distribuição mais uniforme da solução na coluna

de solo. Em seguida, efetuaram-se as leituras de

e CEa por meio de um TDR,

utilizando uma única sonda, com três hastes de 0,10 m de comprimento.

Simultaneamente, leituras de temperatura foram feitas com um termômetro

instalado em uma coluna de solo.

O teor de água no solo (

) foi determinado por meio da equação de

LEDIEU et al. (1986) (Equação 2). Posteriormente, calculou-se a constante

dielétrica do solo (

), com o uso da Equação 2 e substituíram-se seus valores

em uma das Equações 3a ou 3b, conforme o caso, que são as equações de

calibração da TDR para leitura de

, para o solo utilizado no experimento.

1758011380

−ε=θ

(2)

1002001300350017220 ε+ε−ε+−=θ

−

,,,,

para a CT

(3a)

1009000600250013090 ε+ε−ε+−=θ

−

,,,,

para a CT

(3b)

Em que,

corresponde ao teor de água no solo, em cm

-3

, e

à constante

dielétrica do solo.

A CEa foi determinada por meio da equação de GIESE & TIEMANN

(1975) (Equação 4). Posteriormente, os valores de CEa foram multiplicados

pelos valores do fator de correção de condutividade elétrica quanto aos efeitos

da temperatura (f

), que foi calculado com a Equação 5 (RICHARDS, 1954).













−

= 1

ZL120

CEa

inf

(4)

em que,

CEa = é a condutividade elétrica aparente do solo, em dS m

-1

;

L = é o comprimento da sonda, m;

= é a impedância característica da sonda, obtida em água destilada,

conforme SOUZA et. al., (2004);

= é a impedância no cabo ~ 50

Ω

;

= é a amplitude do sinal eletromagnético gerado pelo TDR;

inf

= é a amplitude do sinal eletromagnético após a reflexão no início da

sonda.

(

)

(

)

3728

T25

749

T25

−

para 20

≤

C (5)

em que,

= é o fator de correção da CE quanto aos efeitos da temperatura,

adimensional; e

T = é a temperatura do meio no qual, a sonda de TDR se encontra

inserida, em

Logo após as leituras de

e CEa com a TDR, a sonda foi retirada e