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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFÍSICA E CIENCIAS ATMOSFÉRICAS
CLÁUDIA DE OLIVEIRA
Caracterização Geofísica do Solo para uso em Agricultura de Precisão
São Paulo
2006
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CLÁUDIA DE OLIVEIRA
Caracterização Geofísica do Solo para uso em Agricultura de Precisão
Dissertação apresentada ao Instituto de
Astronomia, Geofísica e Ciências
Atmosféricas da Universidade de São Paulo
para obtenção do título de Mestre em
Ciências.
Área de Concentração: Geofísica Aplicada
Orientador: Prof. Dr. Jorge Luís Porsani
São Paulo
2006
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FOLHA DE APROVAÇÃO
Claudia de Oliveira
Caracterização Geofísica do Solo para uso em Agricultura de Precisão
Dissertação apresentada ao Instituto de
Astronomia, Geofísica e Ciências
Atmosféricas da Universidade de São Paulo
para obtenção do título de Mestre em
Ciências.
Área de Concentração: Geofísica Aplicada
Aprovado em:
Banca Examinadora
Prof. Dr. ______________________________________________________________
Instituição :_____________________Assinatura:______________________________
Prof. Dr. ______________________________________________________________
Instituição :_____________________Assinatura:______________________________
Prof. Dr. ______________________________________________________________
Instituição :_____________________Assinatura:______________________________
À Joan, meu noivo e amado companheiro que esteve
ao meu lado nos momentos mais importantes e
decisivos desta pesquisa! Obrigada pelo carinho,
pela compreensão, auxílio e dedicação. Te amo.
AGRADECIMENTOS
À minha família, em especial à minha mãe, dona Maria Auxiliadora pelo apoio, incentivo e
carinho, que sempre acreditou em meus sonhos, dando-me forças para a realização destes.
Mãe, apesar da distância e das saudades sempre estás presente em meu coração.
Ao Prof. Dr. Jorge Luís Porsani pelo fundamental apoio, discussões, sugestões e orientação
desta pesquisa.
Ao Prof. Dr. Shozo Shiraiwa pela oportunidade de realizar este estudo, pelo apoio durante a
etapa de campo, análise de resultados e sugestões. Obrigada pelo apoio incondicional há
muitos anos.
À equipe de campo, Shozo Shiraiwa, Welitom Rodrigues Borges, Mário José Pereira,
Ernande Costa Santos e Rogério Roque Rubert pelo apoio nesta etapa e auxílio nas discussões
dos resultados.
Ao Prof. Dr. Wladimir Shukowky pela preciosa ajuda durante o processamento dos dados,
esclarecimentos de dúvidas e direcionamento.
Ao Prof. Dr. Francisco Yukio Hiodo pelas discussões, sugestões, esclarecimentos e correções.
Aos Professores Dr. Vagner Roberto Elis e Dr. Carlos Alberto Mendonça pelas discussões e
sugestões.
Ao Prof. Renato Prado pelo apoio e incentivo à continuidade desta pesquisa.
Em geral, à todos os professores do IAG que contribuíram para ampliar meus conhecimentos
dentro e fora da sala de aula.
Ao Prof. Dr. Jorge Kazuo Yamamoto (IGc/USP) pelo auxílio durante a análise de dados e
esclarecimentos sobre o programa GeoVisual.
Ao Prof. Dr. Paulo M. Barbosa Landim (UNESP/Rio claro) pelas sugestões durante o
processamento de dados e ajuda bibliográfica.
Aos técnicos do Laboratório de Informática, Edílson G. Brito e Leonardo M. Schneider pelo
suporte prestado.
Aos amigos Deborah Valandro de Souza e Marcelo Soares Teles Santos pelo auxílio no
ajustamento dos dados.
As minhas queridas amigas e irmãs de coração, Deborah e Fran, companheiras, amáveis e
dedicadas.Obrigada meninas! Com certeza os dias em nesta cidade foram mais agradáveis
pela nossa amizade!
À minha família postiça Bruno Ledezma Roman “mi hermanito Brunex”, Jenny Aedo Niño
de Gusman “nuestra mamá” e a “minha cuñadita” Márcia Rezende de Oliveira!
À todos meus amigos e colegas da Pós-Graduação do IAG, companheiros de
confraternizações, que enriqueceram meu dia-a-dia, tornando-o mais agradável e encorajador,
minimizando a saudade de casa: Welitom, Aline, Selma, Alexandre, Manuelle, Ana, Eduardo,
Alanna, Daniele, Lucieth, Ahmad, Marcelo Rocha, Marcelo Bianchi, Sergio, Livia, Danillo,
Fabio, Robson, Marcus Aparecido, Érica, Geórgia, Marcos Vasconcelos, Everton, Thiago,
Franklin, Gil, Andréia, Miguel, Gelvan, Daniel, George, Eric Font, Eric, Alexandre, Ivan,
Clayton, Donísio, Gustavo, Nilton, Aline Silverol, Lucy, Jorge e Danielle.
Aos meus queridos amigos e companheiros do grupo de dança (Grupo de Danzas Peruanas de
la USP), Carlos Valdez, Rocio, Lizbeth Paredez, Jenny Paredez, Jenny Niño, Ana Castillo,
Gerby Giovanna, Luz Mérida, Bruno, Freddy, Nestor, Sandra, Santos, Ivan Roca, Nelson e
Hector. Obrigada pela oportunidade de conhecer uma nova cultura e novos costumes.
Ao Centro de Práticas Esportivas da USP – CEPEUSP, em especial ao Professor Clodoaldo
Paulo de Mesquita pelos momentos de descontração e dedicação ao Handebol, incentivando-
nos ao constante aprendizado. Às minhas amigas, companheiras de equipe: Ana, Angélica,
Roberta, Mayara, Karen, Juliana, Rute, Karina, Lívia, Manuella, Cíntia e Carol.
Às secretárias Maria Perpétua (Teca), Virgínia e Rose pelo fundamental apoio administrativo.
À Fazenda Farroupilha, na pessoa do Engenheiro Agrônomo Tiago Hinnah pela concessão da
área de estudos, apoio logístico durante a etapa de campo.
Ao Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas pela oportunidade da
realização do curso de Mestrado.
À Coordenadoria de Assistência Social - COSEAS pela concessão da bolsa moradia.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES pela concessão
da bolsa de mestrado.
RESUMO
Nesta pesquisa são apresentados os resultados de investigações geofísicas, análises
químicas e amostragem do solo com aplicações em agricultura de precisão. A área de estudo
corresponde a um talhão destinado ao cultivo de soja e algodão, localizada na Fazenda
Farroupilha, município de Pedra Preta-MT. Neste talhão foi realizado inicialmente um
mapeamento regional da distribuição da condutividade elétrica através de perfis de CEC-
Caminhamento Elétrico Contínuo (sistema Veris 3100). A partir destes resultados, foi
selecionada uma área quadrada de 100 m x 100 m para um estudo detalhado, denominada de
área piloto, que apresentava-se heterogênea em termos de condutividade elétrica. Na área
piloto foram empregados os métodos geofísicos GPR-Ground Penetrating Radar, TDR- Time
Domain Reflectometry, -Eletromagnético Indutivo (EM38) e CEC. Foi realizada uma
amostragem do solo para as análises físico/químicas e de propriedades físicas. Durante a
colheita de grãos foram obtidos os mapas de produtividade e do teor de umidade do solo em
todo talhão. A partir dos levantamentos geofísicos foram feitos mapas nas profundidades de
10, 30, 90 e 150 cm correspondente à condutividade elétrica e mapas de amplitude média dos
refletores GPR através das antenas de 200 e 500 MHz. Com o TDR foi gerado um mapa do
teor de umidade relacionado à profundidade de 10 cm. A análise integrada desses resultados
permitiu identificar regiões condutoras e resistoras que estão relacionadas com o solo mais
úmido e mais seco, respectivamente. Os perfis GPR de 50 e 100 MHz permitiram determinar
uma camada de crosta laterítica enriquecida em óxido de ferro variando de 6,5 a 8 m e o topo
do lençol freático ocorrendo em torno de 9,5 m de profundidade. Com os resultados das
variáveis medidas na área piloto (dados geofísicos, análise química e componentes
granulométricos do solo) e da produtividade, verificou-se, através dos modelos de regressão
múltipla, que os elementos químicos que mais contribuem para explicar o valor da
produtividade são: valor de pH (H
2
0), teor de Cu, valor de pH (CaCl
2
) e teor de Fe. Os
componentes granulométricos do solo, argila, silte e areia também explicaram
significativamente o valor da produtividade, bem como as medidas geofísicas
correspondentes aos valores de condutividade elétrica medida em 150 cm e o teor de umidade
medido em 10 cm. De maneira geral, os resultados geofísicos apresentaram boa concordância
entre si e estão de acordo com as informações geológicas disponíveis para a área de estudos.
A integração dos resultados geofísicos com as análises químicas e amostragem do solo
mostrou um bom potencial em agricultura de precisão, podendo orientar a adubação e a
irrigação do solo de áreas mais pobres em nutrientes (áreas mais resistoras e mais secas) e
assim, poderia permitir um aumento na produção de grãos e otimizar os custos nos processos
de cultivo.
PALAVRAS-CHAVE: INVESTIGAÇÃO GEOFÍSICA. GPR – RADAR DE
PENETRAÇÃO DO SOLO. TDR – REFLECTOMETRIA NO DOMÍNIO DO TEMPO.
EM38 – ELETROMAGNÉTICO INDUTIVO. CEC – CAMINHAMENTO ELÉTRICO
CONTÍNUO. VERIS 3100. REGRESSÃO MULTIPLA.
ABSTRACT
In this research the results of geophysical investigation, chemical analysis and soil
sampling with applications in precision agriculture are presented. The study area corresponds
to field for the plantation of soy and cotton, in the Farroupilha Farm located near Pedra Preta
city (MT). At first, a regional mapping of electric conductivity distribution was carried in
there using Continuous Electric Profiles (CEC) (Veris 3100 system). From these results, a 100
m x 100 m square area (pilot area) which presented the more heterogeneity electric
conductivity values was selected for a detailed study. In the selected area were used
geophysical methods GPR - Ground Penetrating Radar, TDR - Time Domain Reflectometry,
EM38 - Inductive Eletromagnetic and CEC; soil sampling was carried every 10 m, for
chemical and soil components analysis. During the harvest of grains the maps of productivity
and the soil moisture content of soil were obtained for all area. Geophysical surveys maps in
the depths of 10, 30, 90 and 150 cm corresponding to the properties of the soil, such as,
electric conductivity (CEC end EM38) and maps of the average amplitude of reflectors GPR
through the antennas of 500 and 200 MHz were obtained. With the TDR a map of the
moisture content related to the depth of 10 cm was obtained. The analysis of these results
allowed identifying conductivity and resistivity regions that are related with the soil most
humidity and drier, respectively. The GPR profiles of 100 and 50 MHz permitted to determine
a layer of laterítica crust enriched in iron oxide from 6.5 m to 8 m depth and the top of the
water table occurring around 9.5 m depth. From the results of the measurements in the pilot
area (geophysical data, chemical analysis and component sized of the soil) and the
productivity of grain, it was verified by multiple regression models where the chemical
elements that most contribute to explain the value of the productivity are: pH (H20), Cu, pH
(CaCl2) and Fe. The soil components, clay, silt and sand also explained significantly the
value of the productivity, as well as the corresponding geophysical measurements of the
values of electric conductivity in 150 cm and the content moisture measured in 10 cm. In
general, the geophysical results showed a good agreement with each other and are in
accordance with the available geologic information for the area of studies. The integration of
the geophysical results with the chemical analysis and soil sampling showed a good potential
applied to precision agriculture, being able to guide the fertilization and the irrigation of the
soil of poor areas of nutrients (resistivity and dry areas) and thus, could allow to an increase in
the production of grains and optimize the costs in the cultivation process.
KEYS-WORDS: GEOPHISICAL INVESTIGATION. GPR – GROUND
PENETRATION RADAR. TDR – TIME DOMAIN REFLECTOMETRY. EM38 –
INDUCTION ELETROMACNECTIC. CEC – CONTINUOUS ELECTRIC PROFILE.
VERIS 3100, MULTIPLE REGRESSION.
SUMÁRIO
RESUMO .................................................................................................................................. 7
ABSTRACT .............................................................................................................................. 9
SUMÁRIO............................................................................................................................... 11
ÍNDICE DE FIGURAS.......................................................................................................... 13
LISTA DE TABELAS............................................................................................................ 18
LISTA DE FOTOS................................................................................................................. 19
CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO ..........................................................................................21
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 21
1.1 OBJETIVOS................................................................................................................. 23
1.2 LOCALIZAÇÃO ......................................................................................................... 24
1.3 AGRICULTURA DE PRECISÃO............................................................................... 25
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS................................................................... 28
2 ASPECTOS GEOLÓGICOS .................................................................................... 28
2.1 GEOLOGIA REGIONAL............................................................................................ 28
2.2 GEOLOGIA LOCAL................................................................................................... 33
CAPÍTULO III - MÉTODOS GEOFÍSICOS ..................................................................... 43
3 MÉTODOS GEOFÍSICOS........................................................................................ 43
3.1 O MÉTODO GPR – RADAR DE PENETRAÇÃO NO SOLO (GROUND
PENETRATING RADAR)...................................................................................................... 43
3.2 TDR – REFLECTOMETRIA NO DOMÍNIO DO TEMPO (TIME DOMAIN
REFLECTOMETRY) .............................................................................................................. 51
3.3 O MÉTODO ELETROMAGNÉTICO INDUTIVO.................................................... 55
3.4 O MÉTODO DA ELETRORRESISTIVIDADE ......................................................... 59
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS............................ 67
4 AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DE DADOS ................................................ 67
4.1 AQUISIÇÃO................................................................................................................ 68
4.1.1 Aquisição dos perfis de GPR................................................................................. 68
4.1.2 Aquisição dos dados do CEC................................................................................. 71
4.1.3 Aquisição dos dados de TDR................................................................................. 77
4.1.4 Aquisição dos dados de EM38............................................................................... 81
4.2 PROCESSAMENTO DOS DADOS............................................................................ 85
4.2.1 Processamento dos dados de GPR ........................................................................ 85
4.2.2 Processamento dos dados de EM38 ...................................................................... 88
4.3 ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS DADOS................................................................... 90
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS......................................................... 99
5 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS.......................................................................... 99
5.1 ÁREA DO TALHÃO 6................................................................................................ 99
5.2 ÁREA PILOTO.......................................................................................................... 104
5.3 RESULTADOS DA ANÁLISE DE PRODUTIVIDADE ......................................... 121
5.4 RESULTADOS DA ANÁLISE DA CONDUTIVIDADE........................................ 125
CAPÍTULO VI – CONCLUSÕES...................................................................................... 131
6 CONCLUSÕES ........................................................................................................ 131
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 134
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 - Mapa de Localização da área de estudo; a área branca é a área do Talhão 6 e o
quadrado verde destaca a área piloto................................................................................ 24
Figura 2.1 - Delimitação da área de abrangência da Bacia do Paraná (mod. MILANI, 2000).29
Figura 2.2 - Carta Estratigráfica da Bacia do Paraná (mod MILANI et al. 1994)................... 31
Figura 2.3 - Unidades geológicas reconhecidas na área de estudo. ......................................... 34
Figura 3.1 - Esquema do perfil de Afastamento Constante...................................................... 50
Figura 3.2 - Esquema da Técnica de levantamento CMP. ....................................................... 50
Figura 3.3 - Esquema das partes do sensor ThetaProbe ML2x (mod. MILLER & GASKIN,
1998). ............................................................................................................................... 52
Figura 3.4 - Voltagens lidas nas hastes pela trajetória da onda EM (mod. Gaskin &
Miller,1996)...................................................................................................................... 53
Figura 3.5 – Esquema de funcionamento de um equipamento de Indução Eletromagnética. a)
equipamento EM38 da empresa Geonics utilizado durante a aquisição de dados; b)
esquema ilustrando o fluxo de indução do campo magnético (adap. TELFORD, et
al.,1990). .......................................................................................................................... 56
Figura 3.6 - Parâmetros usados na definição da resistividade (mod. KEAREY & BROOK,
1991). ............................................................................................................................... 60
Figura 3.7 - Arranjo geral do equipamento Veris 3100 investigando simultaneamente duas
profundidades distintas (VERIS TECHNOLOGIES, 2002)............................................ 64
Figura 3.8 - Esquema do arranjo Wenner para o equipamento Veris 3100 para investigar a
profundidade de 0,30 m. Os eletrodos 1 e 6 são cancelados, a corrente é emitida nos
eletrodos 2 e 5 e a diferença de potencial é medida entre os eletrodo 3 e 4 Modificado de
Boydell et al. 1999, disponível em:
http://www.usyd.edu.au/su/agric/acpa/veris/PreliminaryresultswiththeVERISsoilelectrica
lconductivityinstrument.html#Howdoesitwork................................................................ 65
Figura 3.9 - Esquema do arranjo Wenner para o equipamento para investigar a profundidade
de 0,90 cm. Os eletrodos 3 e 4 são desligados, a corrente é emitida nos eletrodos 1 e 6 e a
diferença de potencial é medida entre os eletrodo 2 e 5. Modificado de Boydell et al.
1999, disponível
em:http://www.usyd.edu.au/su/agric/acpa/veris/PreliminaryresultswiththeVERISsoilelect
ricalconductivityinstrument.html#Howdoesitwork.......................................................... 66
Figura 4.1 - Croqui mostrando a área de estudo e as linhas de medidas.................................. 67
Figura 4.2 - Diagrama simplificado de um sistema GPR......................................................... 69
Figura 4.3 - Mapa de distribuição dos pontos na área piloto adquiridos com o DGPS. .......... 74
Figura 4.4 - Esquema de um triângulo retângulo utilizado para determinar os valores do
deslocamento.................................................................................................................... 74
Figura 4.5 - Mapa da distribuição dos pontos na área piloto adquiridos com DGPS corrigidos
do deslocamento da antena durante o levantamento........................................................ 76
Figura 4.6 - Mapa da distribuição dos pontos com equipamento TDR, com auxílio das trenas
com espaçamento entre as linhas de 5 m e entre os pontos de 2 m.................................. 79
Figura 4.7 - Esquema da área piloto para o cálculo da rotação dos pontos não referenciados.80
Figura 4.8 - Mapa de distribuição dos pontos coletados com o TDR após a rotação das
coordenadas...................................................................................................................... 81
Figura 4.9 - Mapa de distribuição dos pontos coletados com equipamento EM38 com auxílio
das trenas.......................................................................................................................... 83
Figura 4.10 - Mapa da distribuição dos pontos com equipamento EM38, após a correção das
coordenadas...................................................................................................................... 84
Figura 4.11 - Análise de velocidade. a) sondagem adquirida com equipamento GPR através da
técnica CMP com antenas não blindadas de 50 MHz mostrando as reflexões das ondas
eletromagnéticas encontradas na área; b) análise de semblance (realizada no software
Radan (GSSI)) na qual foi determinada a velocidade da onda eletromagnética de 0,077
m/ns para o refletor hiperbólico correspondente a 218,64 ns. ......................................... 87
Figura 4.12 - Propriedades identificadas em um variograma. Essas propriedades são variância
aleatória (efeito pepita), variância espacial, patamar e amplitude, as quais definem se o
variograma é estruturado ou não. Disponível em:
http://www.igc.usp.br/subsites/geoestatistica/variografia/variografia_frame.html ......... 92
Figura 4.13 - Variograma modelado na direção de 90º dos valores de EM38 com ajuste
exponencial....................................................................................................................... 93
Figura 4.14 - Validação cruzada dos dados de EM38 mostrando a boa correlação (R=0,947)
entre os valores estimados e reais. ................................................................................... 94
Figura 5.1 - Mapa da distribuição da condutividade elétrica até em 30 cm de profundidade
adquirido com o equipamento Veris 3100 no talhão 6................................................... 100
Figura 5.2 - Mapa da distribuição da condutividade elétrica até 90 cm de profundidade
adquirido com o equipamento Veris 3100 no talhão 6................................................... 101
Figura 5.3 - Mapa da distribuição do teor de umidade obtido com o TDR medido no talhão 6
........................................................................................................................................ 102
Figura 5.4 - Mapa da distribuição da produtividade no talhão 6............................................ 103
Figura 5.5 Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz na
profundidade de 10 cm................................................................................................... 105
Figura 5.6 Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz na
profundidade de 30 cm................................................................................................... 106
Figura 5.7 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz na
profundidade de 90 cm................................................................................................... 107
Figura 5.8 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz na
profundidade de 150 cm................................................................................................. 108
Figura 5.9 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz na
profundidade de 10 cm................................................................................................... 109
Figura 5.10 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz na
profundidade de 30 cm................................................................................................... 110
Figura 5.11 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz na
profundidade de 90 cm................................................................................................... 111
Figura 5.12 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz na
profundidade de 150 cm................................................................................................. 112
Figura 5.13 - Perfis GPR sobre a Linha 1 sem interpretação. a) antena blindada de 500 MHz;
b) antena não blindada de 200 MHz; c) antena blindada de 100 MHz e d) antenas não
blindadas de 50 MHz...................................................................................................... 114
Figura 5.14 - Perfis GPR sobre a Linha 1 interpretados. a) antena blindada de 500 MHz; b)
antena não blindada de 200 MHz; c) antena blindada de 100 MHz e d) antenas não
blindadas de 50 MHz...................................................................................................... 115
Figura 5.15 - Mapa da distribuição do teor de umidade do solo na profundidade de 10 cm
adquirido com sensor TDR. ........................................................................................... 117
Figura 5.16 - Mapa da distribuição da condutividade elétrica aparente (CEa) na profundidade
de 30 cm adquirido com sensor Veris 3100................................................................... 118
Figura 5.17 - Mapa da distribuição da condutividade elétrica aparente (CEa) na profundidade
de 90 cm adquirido com sensor Veris 3100................................................................... 119
Figura 5.18 - Mapa da distribuição da condutividade elétrica aparente (CEa) na profundidade
de 150 cm adquirido com sensor EM38......................................................................... 120
Figura 5.19 - Gráficos de diagnóstico da modelagem do grupo 1. a) normalidade; b)
histograma de resíduos; c) homogeneidade e d) resíduos dos erros. ............................. 122
Figura 5.20 - Gráficos de diagnóstico da modelagem do grupo 2. a) normalidade; b)
histograma de resíduos; c) homogeneidade e d) resíduos dos erros. ............................. 124
Figura 5.21 - Gráficos de diagnóstico da modelagem do grupo 2. a) normalidade; b)
histograma de resíduos; c) homogeneidade e d) resíduos dos erros. ............................. 125
Figura 5.22 - Gráficos de diagnóstico da modelagem para a condutividade em 30 cm. a)
normalidade; b) histograma de resíduos; c) homogeneidade e d) resíduos dos erros.... 126
Figura 5.23 - Gráficos de diagnóstico da modelagem para a condutividade em 90 cm. a)
normalidade; b) histograma de resíduos; c) homogeneidade e d) resíduos dos erros.... 127
Figura 5.24 - Gráficos de diagnóstico da modelagem para a condutividade em 150 cm. a)
normalidade; b) histograma de resíduos; c) homogeneidade e d) resíduos dos erros.... 128
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 - Limites da área piloto delimitado através do levantamento regional................... 22
Tabela 3.1 – Valores típicos de constante dielétrica, condutividade elétrica, velocidade e
atenuação observados nos principais materiais presentes na área.................................... 47
Tabela 3.2 - Relação entre a freqüência da antena, utilizadas na aquisição de dados e a
profundidade máxima de penetração encontrada após o processamento dos perfis GPR.
.......................................................................................................................................... 48
Tabela 3.3 - Valores de coeficientes para solos orgânicos e não-orgânicos. ...........................54
Tabela 3.4 - Resistividade (em Ω.m) para rochas saturadas com água em função da idade.... 62
Tabela 4.1 - Resumo das aquisições com o GPR na área piloto.............................................. 70
Tabela 4.2 - Parâmetros utilizados para aquisição dos perfis GPR.......................................... 71
LISTA DE FOTOS
Foto 2.1 - Associação de fácies Glacio Fluvial - detalhe da Laminação plano-paralela e
estratificação cruzada planar. ........................................................................................... 36
Foto 2.2 - Associação de Fácies Glacio Lacustre – Ritmitos com intercalações de siltitos e
argilitos.............................................................................................................................37
Foto 2.3 - Associação de Fácies Diamictitos Glaciais. Indicação na ponta da caneta de um
clasto imerso na matriz arenosa. ...................................................................................... 38
Foto 2.4 - Formação Palermo. Detalhe das intercalações de siltitos e silexitos....................... 39
Foto 2.5 - Formação Cachoeirinha com crosta irregurares de ferro e cimentação areno-
cascalhosa......................................................................................................................... 41
Foto 2.6 - Detalhe de um pacote argilo-arenoso da Formação Cachoeirinha mostrando
manchas de descoloração. ................................................................................................ 41
Foto 4.1 - Aquisição dos perfis de reflexão GPR. a) antenas de 50 MHz (não-blindada, modo
passo-a-passo), b) antenas de 100 MHz (blindada, modo continuo), c) antenas de 200
MHz (não-blindada, modo continuo) e d) antenas de 500 MHz (blindada, modo
continuo)........................................................................................................................... 70
Foto 4.2 - Fotos mostrando o equipamento Veris 3100. a) o console central que gerencia a
aquisição, b) visão geral dos eletrodos de discos e do DGPS montados no trator, c)
detalhe dos eletrodos de discos e d) equipamento adquirindo dados............................... 72
Foto 4.3 - Levantamento com TDR. a) detalhe do Data Log que armazena os dados, b)
detalhe das hastes, c) vista geral do levantamento, com suporte e cabos conectores e d)
detalhe do sensor cravado no solo.................................................................................... 77
Foto 4.4 - Aquisições com equipamento EM38. a) calibração do equipamento no dipolo
magnético horizontal, b) aquisição dos dados, com auxílio da trena, c) reocupação da
estação base, mostrando a calibração com dipolo magnético vertical e d) retorno ao
levantamento. ................................................................................................................... 82
CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO 21
CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO
1 INTRODUÇÃO
Este estudo faz parte do projeto de pesquisa FINEP (Processo no. 22.01.0444.00)
denominado “Mapeamento de atributos de solo, da água e da planta em áreas cultivadas com
algodão para uso em agricultura de precisão no Estado de Mato Grosso/ MASAPAP-MT” e
abrange diversas áreas de conhecimento, dentre elas a Geofísica.
Esta pesquisa foi realizada em uma área de cultivo de soja e algodão na qual
empregou-se os métodos geofísicos elétricos (CEC-Caminhamento Elétrico Contínuo) e
eletromagnéticos (GPR-Ground Penetrating Radar, TDR-Time Domain Reflectometry e
EM38 - Eletromagnético Indutivo).
A princípio, a área selecionada para estudo correspondia a um talhão
1
de 89 hectares
denominado de Talhão 06, no qual foi realizado um levantamento geofísico prévio de caráter
regional com o método de Caminhamento Elétrico Contínuo. O resultado gerado foi um mapa
de condutividade elétrica do solo superficial até 90 cm de profundidade. A análise deste mapa
permitiu escolher uma área piloto de 100 m x 100 m dentro do talhão onde ocorria uma maior
heterogeneidade em termos de condutividade elétrica do solo. Esta área piloto, objeto desta
pesquisa de mestrado, foi escolhida visando uma caracterização detalhada da subsuperfície,
baseada em informações geofísicas.
A área piloto foi, então, demarcada com o auxílio de um sistema GPS-Sistema de
Posicionamento Global e trenas. As coordenadas UTM’s (X,Y) correspondentes aos vértices
do quadrado da área piloto estão na Tabela 1.1.
1
Talhão: unidade contínua, delimitada por bordas naturais ou divisas estabelecidas. Também denominado de
campo. É o local onde é realizada a cultura de grãos, a área de cultivo.
CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO 22
Tabela 1.1 - Limites da área piloto delimitado através do levantamento regional.
Limites X (m) Y (m)
vértice 1 812902,11 8134635,3
vértice 2 812956,59 8134712,0
vértice 3 812882,92 8134779,6
vértice 4 812817,78 8134703,0
Atualmente, no Brasil, os estudos de caracterização geofísica do solo para uso em
agricultura de precisão ainda são preliminares. Este estudo requer um mapeamento da
condutividade elétrica, do teor de umidade do solo e do mapeamento das estruturas do solo,
cujo objetivo final é a máxima rentabilidade financeira. Neste contexto, foi escolhida a área
piloto para testes onde foram empregados os métodos geofísicos (GPR, TDR, EM38 e CEC),
visando uma interpretação integrada para melhor conhecer as propriedades físicas do solo em
subsuperfície.
O aspecto mais importante para o manejo da agricultura de precisão é a combinação de
uma estratégia de amostragem que permita uma representação suficientemente detalhada da
verdadeira distribuição espacial dos aspectos da cultura e das propriedades do solo.
Dependendo da variável analisada, a intensidade da amostragem é definida pela conveniência
e pela relação custo/benefício. Como conseqüência deste enfoque, um grande número de
informações que são normalmente obtidas pelas técnicas convencionais de amostragem, é
geralmente esparsa, ou desigualmente distribuída, o que proporciona uma falsa estimativa da
variabilidade dos solos. Desta forma, é necessário dar atenção às estratégias de amostragem
para mapear a variabilidade espacial dos solos, pois só a partir de seu detalhamento é possível
produzir mapas mais precisos. Apesar das evidências empíricas mostrarem que a amostragem
em malha regular ser mais precisa do que a amostragem aleatória é necessário considerar as
CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO 23
tendências periódicas (adubação em linha durante anos sucessivos, como no caso do padrão
de tráfego dos equipamentos utilizados) e as formas de amostragem, tais como, tradagem ou
mini-trincheiras, envolvendo a distância entre as linhas de cultivo que representam de forma
mais próxima, o conteúdo dos nutrientes disponíveis para as culturas num sistema de plantio
direto.
1.1 OBJETIVOS
O objetivo principal desta pesquisa é investigar a subsuperfície através do emprego
dos métodos geofísicos elétricos (CEC - Caminhamento Elétrico Contínuo) e
eletromagnéticos (GPR-Ground Penetrating Radar, TDR-Time Domain Reflectometry e
EM38 – Eletromagnético Indutivo) visando a caracterização das propriedades físicas da
subsuperfície em uma área piloto de plantio de soja e algodão.
Desta forma, os objetivos podem ser divididos em:
i) caracterizar as heterogeneidades de condutividade elétrica e as anomalias de
amplitudes das reflexões GPR até 150 cm de profundidade, determinar o teor de
umidade do solo até 10 cm de profundidade e correlacioná-los com os nutrientes
do solo;
ii) comparar a produtividade de grãos com as propriedades físicas do solo;
iii) determinar com o GPR a profundidade do lençol freático e a estratigrafia
geoelétrica da área estudada;
iv) comparar, através da técnica da krigagem ordinária, mapas estimados por
diferentes intensidades de amostragem entre atributos físicos e químicos.
O uso integrado dos métodos geofísicos aliados às análises físicas do solo permite
identificar áreas mais resistivas e mais condutivas. Os resultados poderão ser úteis aos
Administradores e Engenheiros Agrônomos da fazenda, pois os recursos com a adubação e a
irrigação do solo pode ser otimizados.
CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO 24
1.2 LOCALIZAÇÃO
A área de estudo localiza-se no município de Pedra Preta, distante 300 km de Cuiabá,
situada na Fazenda Farroupilha, na Serra da Petrovina. O acesso à área é realizado pela BR
163 partindo de Cuiabá até Rondonópolis e depois pela BR 364 em direção ao município de
Alto Garças (Figura 1.1).
Figura 1.1 - Mapa de Localização da área de estudo; a área branca é a área do Talhão 6 e o quadrado
verde destaca a área piloto.
Os aspectos fisiográficos da região de estudo foram obtidos em Barros et al. (1982).
Em termos geomorfológicos, a área está inserida na unidade Planalto do Taquari-Itiquira, que
corresponde a um amplo planalto com limites marcados por bordas escarpadas,
correspondente à frente de cuesta. O relevo tabular é limitado a NW e a S pelas escarpas
erosivas e estruturais da Serra da Petrovina e Serra da Saudade, respectivamente.
As drenagens que banham a área fazem parte da Bacia do Prata, e dentre as principais
sub-bacias das proximidades pode-se citar a Sub-bacia do Rio Jurigão. O Córrego do Retiro,
CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO 25
que corta a Fazenda Farroupilha é afluente do Córrego da Garça, que por sua vez, deságua no
Rio Prata.
As informações sobre o clima da região foram obtidas da Estação Meteorológica
instalada na fazenda, onde a temperatura média anual é de 24,5 °C e a média anual da
umidade relativa do ar é de 68,4 % (PAZ, 2004).
1.3 AGRICULTURA DE PRECISÃO
Um sistema de produção adotado por agricultores de países de tecnologia avançada é
denominado de “Precision Agriculture”, “Precision Farming”, “Site-Specific Crop
Management” (MANZATTO et al., 1999). No Brasil, este sistema de produção é chamado de
Agricultura de Precisão (AP).
Segundo Parkin & Blackmore (1995), a agricultura de precisão é uma aproximação de
sistemas e requer uma compreensão dos processos envolvidos para alcançar uma meta
particular. A meta pode não ser necessariamente maximizar rendimento, mas pode ser
maximizar vantagem financeira. Desta forma, a AP controla e coleciona informações
agronômicas para prover necessidades atuais de partes de campos em lugar de necessidades
comuns para campos inteiros como aplicação de insumos em locais específicos dividindo-se
os campos inteiros em zonas de manejo menores e mais homogêneas (DOERGE,1999).
Para Reetz & Fixen (1999) as tecnologias de agricultura de precisão sempre
demandam ferramentas agronômicas mais desenvolvidas. O sucesso da sua aplicação depende
do entender agronômico do sistema de produção que se administra. Nesse caso, o
conhecimento agronômico e bom senso fazem a diferença. As tecnologias atuais para o
manejo do solo, insumos e culturas, de modo adequado para estudar as variações espaciais e
temporais nos fatores que afetam a produtividade das mesmas são o sensoriamento remoto, o
uso de sistemas de informações geográficas (SIG), o sistema de posicionamento global (GPS)
e mais recentemente o uso da Geofísica Aplicada (SUDDUTH et al., 1999; ALLRED et al.,
CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO 26
2003). A agricultura de precisão é um conceito de sistema de produção agrícola que envolve o
desenvolvimento e a adoção de técnicas de gestão, baseado no conhecimento com o objetivo
principal de otimizar a rentabilidade (DALLMEYER & SCHLOSSER, 1999). Este sistema
permite práticas de gerenciamento com computador pessoal, que é a possibilidade de
administrar cada local do campo adequadamente, se é econômico e tecnicamente vantajoso
administrá-lo a este nível.
Desta forma, a agricultura de precisão apresenta as vantagens de possibilitar um
melhor conhecimento do campo de produção, permitindo a tomada de decisões melhor
embasadas. Com isto tem-se: uma maior capacidade e flexibilidade para a distribuição dos
insumos naqueles locais e no tempo em que são mais necessários, minimizando os custos de
produção; a uniformidade na produtividade é alcançada pela correção dos fatores que
contribuem para sua variabilidade, obtendo-se, com isto, um aumento global da
produtividade; a aplicação localizada dos insumos necessários para sustentar uma alta
produtividade contribui com a preservação do meio ambiente, já que estes insumos são
aplicados somente nos locais, quantidades e no tempo necessário (CAPELLI, 1999).
Segundo Batchelor et al. (1997), Gentil & Ferreira (1999), e Campo (2000) os
benefícios da agricultura de precisão podem ser enumeradas como seguem:
i) redução da contaminação ambiental e poluição, trazendo uma melhoria do meio
ambiente pelo menor uso de insumos;
ii) redução dos custos da produção, de fertilizante e de praguicida;
iii) tomada de decisão de manejo mais embasadas, rápidas e corretas;
iv) controle de toda situação, pelo uso da informação;
v) maior produtividade da lavoura (aumento no rendimento das culturas);
vi) melhorar os rendimentos de colheita e lucros;
vii) prover registros de fazenda mais detalhados e úteis; e
CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO 27
viii) mais tempo livre para o administrador.
Assim, a agricultura de precisão é uma nova forma de gestão ou gerenciamento da
produção agrícola, tornando-se um elenco de tecnologias e procedimentos utilizados para que
as lavouras e os sistemas de produção sejam otimizados, tendo como elemento chave o
gerenciamento da variabilidade espacial da produção e dos fatores nela envolvidos
(SWINTON & LOWENBERG-DEBOER, 1998 in MOLIN, 2004).
Neste contexto, buscando a otimização da produção agrícola, aplicou-se métodos de
investigações geofísicas para mapear a distribuição da condutividade elétrica do solo,
identificando zonas condutivas e resistivas, bem como regiões de elevado teor de umidade.
Estas regiões condutivas podem estar relacionadas com as zonas mais úmidas, que por sua vez
implicam numa maior atenuação da onda eletromagnética do GPR.
Esta análise integrada aliada às amostragens de solo são fundamentais para uma boa
caracterização geofísica com aplicações na agricultura de precisão, visando à otimização dos
recursos, tais como, a orientação da etapa de adubação e irrigações nas regiões mais resistivas,
i.e., mais secas. Isto implica diretamente em menor poluição do subsolo, menos gastos com o
uso de água subterrânea e conseqüentemente em otimização de custos com a produção.
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
28
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
2 ASPECTOS GEOLÓGICOS
2.1 GEOLOGIA REGIONAL
As unidades estratigráficas que ocorrem na região de estudo estão inseridas no
contexto da Bacia do Paraná. Segundo Milani (2000) a Bacia do Paraná é uma bacia
intracratônica ou, mais precisamente, uma sinéclise com um contorno estrutural subelipsoidal,
com o eixo maior orientado de NNE a SSW. Sua área é de aproximadamente um milhão de
quilômetros quadrados com sua porção principal posicionada no Brasil (Mato Grosso, Mato
Grosso do Sul, Goiás, Minas Gerais, São Paulo, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul),
e com porções no Paraguai e Uruguai (Figura 2.1). A sua espessura máxima é de
aproximadamente 5.000 metros, incluindo os derrames basálticos e as intrusões de diabásios.
Na região de estudo estão distribuídas ocorrências de unidades que foram depositadas
em vários períodos do Paleozóico-Mesozóico-Cenozóico, os quais possuem características
diversificadas em vista da variação de ambientes de deposição e uma amplitude de processos
deposicionais que ali atuaram (Figura 2.2).
As principais unidades geológicas inseridas na região são as rochas pertencentes ao
Grupo Paraná, Grupo Guatá (Formação Palermo) e Grupo Bauru e a Formação Cachoeirinha.
As rochas do Grupo Paraná, que ocorrem na área são pertencentes às formações Furnas, Ponta
Grossa, Aquidauana, Botucatu e Palermo. As rochas do Grupo Bauru que ocorrem na região
de estudo pertencem às formações Paredão Grande, Quilombinho e Cachoeira do Bom
Jardim.
A Formação Furnas, segundo Barros et al. (1982), é constituída predominantemente
por sedimentos essencialmente arenosos, esbranquiçados, avermelhados com estratificações
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
29
cruzadas acanaladas com arenitos grosseiros a finos, com níveis e lentes conglomeráticas de
composição variada, com intercalações de siltitos micáceos avermelhados em direção ao topo.
Figura 2.1 - Delimitação da área de abrangência da Bacia do Paraná (mod. MILANI, 2000).
Milani (1997), por sua vez, caracterizou a Formação Furnas como um pacote arenoso
da base da Supersequência Paraná o qual teria depositado em ambiente continental a
transicional, num estágio transgressivo, durante o Devoniano.
Escala
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
30
A Formação Ponta Grossa, segundo Barros et al. (1982), constituí-se da unidade
Superior do Grupo Paraná, aflorando nas regiões sudeste e leste do Estado de Mato Grosso,
sendo constituída litologicamente por arenitos finos a muito finos quartzozos e argilosos, com
intercalações de siltitos e com colorações cinza a cinza esverdeado.
A Formação Aquidauana ocorre como um pacote arenoso mal selecionado, de idade
permocarbonífera, assentado de forma discordante, ou a partir de falhamentos, sobre a
Formação Ponta Grossa e com contatos superiores erosivos ou tectônicos com as formações
Palermo e Botucatu e com o Grupo Bauru (BARROS et al., 1982).
Litologicamente, a Formação Aquidauana é constituída por uma enorme distribuição
de arenitos em escarpas de coloração avermelhada, com vales mais abertos associados a
porções mais argilosas da unidade. De forma mais detalhada Barros et al. (1982) caracteriza o
predomínio de arenitos médios a grossos por vezes conglomerados, esbranquiçados a
avermelhados na porção inferior, com arenitos a siltitos finamente laminados, avermelhados,
deformados, por vezes arenitos arcoseanos e diamictitos nas porções médias e sedimentos
arenosos, melhor selecionados com abundantes laminações plano-paralelas nas porções
superiores.
A Formação Palermo, para Barros et al. (1982) é constituída por arenitos cinza
arroxeados, finos a muito finos, siltitos amarelados a avermelhados, finamente estratificados,
arenosos, muito silicificados intercalações de sílex esbranquiçado, oolitico ou pisolítico com
laminação ondulada e com presença de coquinas silicificadas.
Por outro lado, Santos et al. (2003), descreveu a referida unidade nos arredores da
cidade de Poxoréo, reconhecendo alí uma litologia que varia de arenitos, siltitos, argilitos e
silexitos ooliticos de coloração variada, com laminação onduladas, os quais foram
interpretados como depositados num ambiente plataformal.
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
31
Figura 2.2 - Carta Estratigráfica da Bacia do Paraná (mod MILANI et al. 1994)
A Formação Botucatu apresenta contatos inferiores, por meio de discordância erosivas
ou localmente falhados, com o Grupo Cuiabá e as formações Furnas e Ponta Grossa. O seu
contato superior de maior expressão é com a Formação Bauru, através de relações
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
32
discordantes ou falhadas. Litologicamente é constituída de arenitos vermelhos, arroxeados,
friáveis, geralmente finos a médios, pouco argilosos, regularmente classificados, grãos bem
arredondados, esfericidade boa, seleção má no conjunto. Os grãos de quartzo apresentam
superfícies foscas (esburacadas) sendo comum a existência de uma película ferruginosa
envolvendo-os. Geralmente não apresentam boas exposições estando bastante alterados
devido a caracterizada friabilidade de suas rochas, exceto nas regiões mais acidentadas
(BARROS et al., 1982).
A bacia deposicional do Grupo Bauru em Mato Grosso localiza-se no extremo
noroeste da Bacia do Paraná e a sul do Cinturão de Dobramentos Paraguai. Em trabalhos
realizados no estado, na região de Chapada dos Guimarães, Weska (1987), propôs uma
compartimentação faciológica que subdividiu informalmente o Grupo Bauru em três fácies:
Quilombinho, Cachoeira do Bom Jardim e Cambambe.
Posteriormente Weska et al. (1996) elevou as fácies do Grupo Bauru a categoria de
formações denominadas de Quilombinho, Cachoeira do Bom Jardim e Cambambe num
conjunto vulcano-sedimentar do qual também faz parte a Formação Paredão Grande.
A Formação Paredão Grande é constituída por rochas piroclásticas, grossas a finas,
derrames e diques associados, de idade 83,9 ± 4 M.A.
A Formação Quilombinho, segundo Weska et al. (1996) representa um sistema de
leques aluviais desenvolvido sobre e intrudidos pela Formação Paredão Grande. É composta
por conglomerados cíclicos, com clastos de rochas vulcânicas e secundariamente por rochas
sedimentares em matriz geralmente argilosa e maciça com arcabouço aberto.
A Formação Cachoeira do Bom Jardim, descrita inicialmente por Weska (1987), é
composta por lentes de argilas, arenitos conglomeráticos, conglomerados, arenitos e calcretes
em vários cíclos. Posteriormente Weska et al. (1996), descreveram esta formação constituída
por conglomerados, interdigitados com argilas, arenitos argilosos a conglomeráticos, como
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
33
característica esta unidade apresenta intensa carbonatação (calcretes), com a sua deposição
atribuída a depósitos fluviais associados a ambiente lacustre e de leques aluviais de clima
semi-árido.
A Formação Cambambe tem sua seção tipo descrita inicialmente por Weska (1987),
como topo da seqüência vulcano-sedimentar do Grupo Bauru em Mato Grosso. Os tipos
litológicos da Formação Cambambe são constituídos de conglomerados, arenitos, brechas
intraformacionais, silcretes, arenitos e arenitos microconglomeráticos, sendo atribuído a esta
unidade um ambiente deposicional flúvio-lacustre e de porção distal de depósitos de leques
aluviais de regiões de clima árido (WESKA et al. 1996).
A Formação Cachoeirinha, proposta por Gonçalves & Schneider (1970), compreende
concentrações argilo arenosas de natureza lateríticas geralmente de coloração avermelhada
onde a fração arenosa possui granulometria fina a média até porções conglomeráticas,
assentando discordantemente geralmente sobre o Grupo Bauru. Segundo Weska (1997), a
Formação Cachoeirinha, de idade terciária, é composta por cascalhos, areia, argilas e crostas
ferruginosas e registra os eventos de peneplanização da superfície sul-americana (KING,
1956, in WESKA & SVISERO, 2001).
2.2 GEOLOGIA LOCAL
Na área de estudo e arredores afloram rochas pertencentes ao pacote sedimentar
paleomesozóico da Bacia do Paraná. As observações geológicas efetuadas permitiram
identificar as diferentes unidades geológicas dispostas de forma horizontalizada (OLIVEIRA,
2004). Como morfoestruturas identificadas na área destacam-se lineamentos com trend
principal SW-NE, os quais são evidenciados na área pelos falhamentos normais de alto
ângulo.
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
34
As descrições das unidades identificadas foram comparadas com os trabalhos
anteriores e mapas geológicos, onde através destas foram identificadas as unidades
sedimentares descritas abaixo (Figura 2.3).
Figura 2.3 - Unidades geológicas reconhecidas na área de estudo.
Foram identificadas as ocorrências das unidades da Formação Aquidauana nas porções
medianas a superiores da Serra da Petrovina, da Serra da Saudade e nas porções superiores da
escarpa, que ocorre a oeste da Fazenda Farroupilha, a qual é denominada localmente de
“Furna”.
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
35
Nestes locais, foram identificados três tipos principais de associações de fácies, que
refletem diferentes sub-ambientes, dentro do conjunto do ambiente periglacial ao qual é
atribuído a deposição da Formação Aquidauana.
Segundo Collinson, (1969) in: Walker & James, (1992), estas associações de fácies
foram definidas pelo agrupamento de diversas fácies geneticamente relacionadas às quais
refletem um conjunto de processos deposicionais atuantes num mesmo ambiente.
Associação de Fácies Glacio-Fluvial
Trata-se de um conjunto de fácies de natureza siltico-arenosa-conglomerática, que
foram identificadas nas porções mediana da Serra da Petrovina, e superior da Serra da
Saudade, além das escarpas a oeste da Fazenda Farroupilha (OLIVEIRA, 2004).
Litologicamente ocorrem na forma de arenitos avermelhados, finos a conglomeráticos,
com estratificações cruzadas acanalada e planar, laminação plano-paralela (Foto 2.1) e
laminação cavalgantes (ripples), além de fácies de arenitos maciços. As porções sílticas, por
sua vez, variam de siltitos maciços a siltitos com laminações cavalgantes. Associados a esta
faciologia são comuns dobramentos e deformações de natureza sin-sedimentar.
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
36
Foto 2.1 - Associação de fácies Glacio Fluvial - detalhe da Laminação plano-paralela e estratificação
cruzada planar.
A deposição desta associação de fácies é atribuída a atuação de sistemas fluviais
geralmente entrelaçados, com deposição de carga de fundo, que atuaram em regiões
periglaciais, a partir do descongelamento de geleiras em ambiente glacial continental.
Esta interpretação está de acordo com Guirro (1991) e por Milani (2000), que também
associaram a deposição desta unidade à atuação de processos relacionados a ambientes
glaciais e periglaciais.
Associação de Fácies Glacio-Lacustre
Caracterizam-se pela ocorrência de siltitos e arenitos finos, vermelhos, intercalados
com argilitos, ambos laminados, avermelhados, que foram reconhecidos na porção de topo da
Serra da Petrovina, com espessura de dezenas de metros.
Laminação plano-paralela
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
37
Litologicamente, tratam-se de ritmitos (Foto 2.2), na forma de intercalações
milimétricas a centimétricas de lâminas de argilitos e lâminas de siltitos e arenitos finos, com
laminação horizontal e, secundariamente, laminações cavalgantes.
Foto 2.2 - Associação de Fácies Glacio Lacustre – Ritmitos com intercalações de siltitos e argilitos.
A deposição desta unidade é associada a intercalação de tração-suspensão nas lâminas
síltico-argilosas, num ambiente lacustre com influência glacial, onde no inverno depositavam-
se as porções argilosas por suspensão e no verão depositavam-se as porções siltico-arenosas
por tração.
Associação de Fácies de Diamictitos Glaciais
Ocorrem na forma de diamictitos, de coloração avermelhada, constituído por
conglomerados com clastos de tamanho grânulo e seixos, sustentados por matriz argilo-
arenosa em arcabouço aberto, que ocorrem na porção superior da Serra da Petrovina (Foto
2.3). A matriz argilo-arenosa é geralmente maciça, com deformações e laminações
localizadas. Os clastos, por sua vez, são subarredondados a angulosos e variam em tamanho e
composição litológica.
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
38
Foto 2.3 - Associação de Fácies Diamictitos Glaciais. Indicação na ponta da caneta de um clasto imerso
na matriz arenosa.
A área de estudo possui exposições e distribuição de forma variada. Na Serra da
Petrovina ocorre no topo, próximo ao contato com a Formação Cachoeirinha, também a oeste
da Fazenda Farroupilha ocorre de forma restrita, em meio aos arenitos estratificados do topo
da unidade.
A deposição desta associação de fácies é atribuída a processos de tração a partir da
migração de geleiras e resultantes do descongelamento destas.
O contato entre a Formação Aquidauana e a Formação Ponta Grossa não foi observado
na Serra da Petrovina, podendo, de acordo com Guirro (1991), ser erosivo ou por falhas,
sendo recobertos de forma discordante por sedimentação aluvial e pacotes gerados por
pedogênese da Formação Cachoeirinha.
A Formação Palermo ocorre nas porções centrais do platô na área, como uma
associação de fácies na qual predomina uma intercalação de siltitos a pelitos avermelhados
com níveis de silexitos (Foto 2.4), ou conglomerados bioclásticos silicificados, numa
espessura máxima inferida de dez metros para esta unidade. Os contatos superiores e
Clasto Pingado
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
39
inferiores desta unidade com as formações Cachoeirinha e Aquidauana, são erosivos,
respectivamente.
Foto 2.4 - Formação Palermo. Detalhe das intercalações de siltitos e silexitos.
Como litologias ocorrentes, observam-se lentes de pelitos a argilitos avermelhados,
maciços a laminados, com espessura decimétrica a métrica, intercalados com silexitos de
espessura de até meio metro de coloração branca a cinza clara a avermelhada.
Santos et al. (2003) identificaram e detalharam estas litologias nos arredores de
Poxoréu, que são associadas à referida unidade, tendo sido depositado no contexto de um
ambiente plataformal raso, segundo os autores. No presente caso, a gênese dos silexitos é
atribuída a diagênese em níveis de carbonatos e bioclastos depositados num contexto
plataformal raso, no qual predominava a sedimentação terrígena.
A Formação Botucatu ocorre, na área de estudo, na porção ao sul da Fazenda
Farroupilha, no topo da Serra da Saudade na forma de pequenas elevações isoladas com dez
metros de altura no máximo, que localmente sobrepõem o pacote da Formação Aquidauana.
Litologicamente é composta por arenitos finos a médios, avermelhados, com grãos bem
arredondados, contendo laminações granulométricas internas, estratificações cruzadas
acanalada e planar, de grande porte, com sets de estratificações truncados por superfícies
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
40
horizontalizadas, as quais representam depósitos de interduna seca. A deposição deste pacote
é atribuída por vários autores a um ambiente desértico, que instalou-se pela bacia, no limite
juro-cretáceo.
Na área de estudo, a Formação Cachoeirinha, corresponde à unidade mais jovem da
pilha sedimentar, constituindo-se de uma unidade edafoestratigráfica
2
, ocorrendo na forma de
um pacote de 25 até 50 m, de coloração vermelho-amarronzada, que ocupa o topo das porções
de relevo tabular e de colinas (chapadões).
A constituição litológica desta unidade é variável, em vista da diversidade de
processos de deposição e transformações de ordem pedogenética que atuaram na sua
deposição e formação.
Nos arredores da Fazenda Farroupilha ocorre na forma de pacotes de composição
areno-argilosa, geralmente maciços, com coloração vermelho-amarronzada, com evidências
da atuação do processo de lateritização em vários estágios de desenvolvimento, desde níveis
argilosos concentrados até níveis diversos de canga laterítica maciça, na forma de crostas
irregulares de ferro, cimentando a sedimentação areno-cascalhosa (Foto 2.5). Os sedimentos
areno-cascalhosos são compostos por quartzo, fragmentos líticos (vulcânicas e arenitos).
Na região da Serra da Saudade, ocorre na forma de um extenso pacote argilo-arenoso,
predominando porções argilosas com manchas de descoloração disseminadas pelo pacote,
gerada pela redução do ferro alí presente (Foto 2.6).
Os depósitos de leques aluviais são caracterizados por conglomerados polimíticos, em
matriz argilosa formados por seixos de quartzo e de fragmentos líticos, arredondados, com
matriz sem organização interna.
2
Edafoestratigrafia: é a ciência que estuda e explica a gênese do solo considerando e definindo os eventos
geológicos envolvidos na sua formação, bem como a sua estruturação interna.
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
41
Foto 2.5 - Formação Cachoeirinha com crosta irregurares de ferro e cimentação areno-cascalhosa.
Foto 2.6 - Detalhe de um pacote argilo-arenoso da Formação Cachoeirinha mostrando manchas de
descoloração.
Na Serra da Petrovina, intercalam-se depósitos de conglomerados aluviais com os
depósitos argilo-areno-cascalhosos.
CAPÍTULO II – ASPECTOS GEOLÓGICOS
42
A deposição desta unidade é relacionada à atuação da erosão e de processos
pedogenéticos, relacionados a controles climáticos, além da atuação de processos
deposicionais controlados por água e gravidade, durante os eventos de aplainamento da
superfície Sul-americana durante o Terciário (KING, 1956 in WESKA & SVISERO, 2001).
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
43
CAPÍTULO III - MÉTODOS GEOFÍSICOS
3 MÉTODOS GEOFÍSICOS
3.1 O MÉTODO GPR – RADAR DE PENETRAÇÃO NO SOLO (GROUND
PENETRATING RADAR)
O GPR é um método eletromagnético que utiliza ondas de rádio em freqüências muito
altas, entre 10 MHz – 2,5 GHz, para localizar estruturas e feições geológicas rasas da
subsuperfície. Este método investiga a subsuperfície utilizando o campo eletromagnético que
se propaga no solo, assim os fundamentos do método GPR encontram-se na teoria de
propagação de ondas eletromagnéticas. Informações detalhadas deste método são encontradas
em Daniels (1996), Porsani (1999) dentre outros.
A teoria eletromagnética está fundamentada nas equações de Maxwell, que descrevem
o comportamento do campo eletromagnético em qualquer meio. Todos os fenômenos
eletromagnéticos obedecem às equações de Maxwell.
t∂
∂
−=×∇
B
E
r
rr
(1)
t∂
∂
+=×∇
D
JH
r
v
rr
(2)
0=×∇ B
rr
(3)
ρ=×∇ D
r
r
(4)
onde :
E
r
é o vetor campo elétrico em (V/m),
B
r
é o vetor indução magnética em (Tesla),
H
r
é o vetor campo magnético em (A/m),
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
44
J
v
é a densidade de corrente elétrica de condução em A/m
2
,
D
r
é o vetor deslocamento elétrico em (C/m
2
), e
ρ é a densidade de carga elétrica em C/m
3
.
Como essas equações não apresentam relações com as propriedades físicas do meio,
faz-se necessário apresentar as relações constitutivas do meio.
A primeira relação corresponde à Lei do Ohm, e relaciona a densidade de corrente de
condução (
J
v
) ao campo elétrico (E
r
), sendo descrita como:
EσJ
rr
=
(5)
Nos materiais geológicos simples, essa relação é aproximadamente linear e a constante
de proporcionalidade é a condutividade elétrica (
σ
). A condutividade elétrica de um material
é uma medida de sua habilidade em conduzir corrente elétrica, e é expressa em Siemens por
metro (S/m). Os principais fatores que afetam a condutividade elétrica nos materiais são:
conteúdo de água, a porosidade (espaços vazios entre os grãos minerais), a salinidade (o
aumento da concentração de sais na água aumenta a condutividade proporcionalmente), e o
conteúdo de argilas e de minerais condutivos (a argila é tipicamente muito condutiva).
A segunda relação associa diretamente o campo elétrico (E
r
) à corrente de
deslocamento (
D
r
) (ou polarização), pela constante de proporcionalidade (
ε
) que é a
permissividade dielétrica do material:
ED
rr
ε
= (6)
A corrente de deslocamento é caracterizada pela movimentação dos elétrons, núcleos e
moléculas polares da posição de equilíbrio neutro para outra (polarizada), devido à influência
de um campo elétrico externo. Tanto a condutividade elétrica quanto a permissividade
dielétrica são importantes, porque afetam a atenuação e a propagação das ondas. Em geral a
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
45
condutividade é dominante para as ondas eletromagnéticas de baixas freqüências (f < 1 MHz)
enquanto que em altas freqüências (f > 1 MHz) a permissividade dielétrica é dominante.
A terceira relação associa o campo magnético (H
r
) com o campo indução magnética
(
B
r
), e a constante de proporcionalidade é a permeabilidade magnética do material (
μ
), que é
dada por:
HμB
r
r
= (7)
Em muitas situações geológicas, os fatores mais importantes que controlam as
respostas do GPR são devido às propriedades elétricas. Para a propagação de ondas
eletromagnéticas nas freqüências do radar, supõe-se que a permeabilidade magnética da
maioria dos materiais geológicos são essencialmente independente da freqüência e não varia
significativamente em relação à permeabilidade magnética do espaço livre. Portanto, o efeito
da variação na permeabilidade magnética não tem sido considerado quando são feitas medidas
eletromagnéticas na terra (μ = μ
0
, onde μ
0
= 4πx10
-7
H/m).
Em muitos problemas de propagação de campos eletromagnéticos em meio terrestres
as seguintes suposições são feitas: os meios são lineares, isotrópicos, homogêneos, e possuem
propriedades elétricas que são independentes do tempo, temperatura, ou pressão; e a
permeabilidade magnética μ é assumida como a permeabilidade magnética do vácuo, i.e.
μ
=
μ
0
.
A propagação da onda eletromagnética é governada pela equação de onda para os
campos elétricos e magnéticos. Supondo que o campo elétrico ocorre na direção-x, a onda
plana é dada por:
x
2
2
x
2
Ek
z
E
r
r
=
∂
∂
(8)
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
46
X
E
r
é o campo elétrico na direção-x e “k” é o número de onda complexo
3
, dado por:
β
α
ik +=
(9)
onde:
α corresponde a constante de atenuação:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+= 11
2
2
ϖε
σμε
ϖα
(10)
e
β corresponde à constante de propagação:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+= 11
2
2
ϖε
σμε
ϖβ
(11)
Os fatores mais importantes na propagação da onda eletromagnética num determinado
meio são a velocidade de propagação e a atenuação. Para materiais geológicos de baixa
atenuação, a onda eletromagnética propaga-se com uma velocidade de fase dada por:
r
c
V
ε
= (12)
onde “c” é a velocidade da luz no vácuo (c
≅ 0,3 m/ns) e
ε
r
é a constate dielétrica dos
materiais. O comprimento de onda
λ
(m) é dado por:
r
f
c
ε
λ
= (13)
onde “f” é a freqüência de operação do GPR.
3
Números complexos são definidos por Gauss (1831) como números que podem ser expressos pela forma a+bi,
onde a e b são números reais e i é número imaginário (i
2
= -1). O número de onda complexo (k), para o GPR,
depende da permissividade dielétrica dos materiais (ε), onde, segundo Powers (1997) com a oscilação do campo
elétrico, determinando o aumento da freqüência, a parte real da permissividade dielétrica diminui e a parte
imaginária tende a aumentar, representando as perdas por relaxação das moléculas.
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
47
A constante de atenuação é normalmente expressa por:
r
ε
σ
α
0
636,1= (14)
em dB/m e
σ
o
é a condutividade elétrica em mS/m.
A velocidade e a atenuação são fatores que descrevem a propagação das ondas de altas
freqüências na terra. Esses fatores dependem da constante dielétrica e condutividade elétrica
dos materiais (Tabela 3.1).
Tabela 3.1 – Valores típicos de constante dielétrica, condutividade elétrica, velocidade e atenuação
observados nos principais materiais presentes na área.
Material ε
r
σ (mS/m)
V (m/ns)
α (dB/m)
Ar 1 0 0,30 0
Areia Seca 3-5 0,01 0,15 0,01
Areia Saturada 20-30 0,1-1,0 0,06 0,03-0,3
Silte 5-30 1-100 0,07 1-100
Argila 5-40 2-1000 0,06 1-300
Fonte: Davis & Annan, 1989
A profundidade de penetração do sinal de Radar tem relação inversa com a
freqüência central da antena utilizada. A Tabela 3.2 mostra os valores de profundidade
máxima de penetração de acordo com cada freqüência encontrados na área de estudo.
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
48
Tabela 3.2 - Relação entre a freqüência da antena, utilizadas na aquisição de dados e a profundidade
máxima de penetração encontrada após o processamento dos perfis GPR.
Freqüência Central da
Antena (MHz)
Profundidade Máxima de
Penetração (m)
500 2
200 4
100 8,5
50 12
Pelos valores acima mostrados, pode-se verificar que quanto maior for a freqüência da
antena, menor é a profundidade de penetração, e este fato é ligado ao comprimento de onda
(DANIELS, 1996).
As aplicações do método GPR são diversas, sendo uma ferramenta muito útil em
vários levantamentos da subsuperfície rasa, em aplicações como exploração mineral; geologia
básica; hidrogeologia; geologia ambiental; geotecnia; planejamento urbano; pesquisa
arqueológica; aplicações militares e aplicações forênsicas, dentre outras.
Atualmente, várias pesquisas usando a aplicabilidade do GPR em Agricultura de
Precisão vêm sendo testada e já é bastante disseminado na América do Norte e na Europa
(FREELAND et al., 1998; SUDDUTH et al., 1999, YODER et al., 2001; SENÉCHÁL et al.,
2002; INMAN et al., 2002, NADLER et al., 2002, BUTNOR et al., 2003). No Brasil o uso do
GPR ainda é incipiente (OLIVEIRA, et al. 2005) e será empregado com detalhe nesta
pesquisa.
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
49
As técnicas utilizadas para aquisição de dados GPR foram: perfis de reflexão com
afastamento constante ou commom offset e sondagens de velocidade (CMP-Commom Mid
Point).
Para a realização dos perfis de reflexão com afastamento constante (Figura 3.1), as
antenas transmissora (TX) e receptora (RX) são mantidas com uma distância fixa constante
sendo transportada, passo a passo ou de forma contínua, ao longo do perfil. A onda é emitida
por um pulso eletromagnético pela antena transmissora e estas ao serem refletidas e difratadas
em subsuperfície são recebidas através de uma outra antena, denominada de antena receptora
(modo bi-estático), colocada na superfície do terreno. A onda refletida é registrada em função
do tempo de percurso (templo duplo), que é amplificada, digitalizada e gravada no disco
rígido de um computador portátil, deixando os dados prontos para o processamento posterior.
O resultado obtido é dado por uma imagem, onde o eixo horizontal é a distância no perfil e o
eixo vertical é o tempo duplo do sinal refletido, mostrando as variações das propriedades
dielétricas de subsuperfície (DANIELS, 1996).
As sondagens de velocidade servem para estimar a velocidade da onda de radar no
meio, a fim de se converter o tempo duplo dos perfis de reflexão em profundidade, e verificar
se o refletor de subsuperfície é proveniente de alvo geológico ou de interferências
superficiais. Para este estudo a técnica para a realização da sondagem de velocidade foi a do
Ponto Médio Comum - CMP (Common Mid Point), mostrada na Figura 3.2.
Na técnica CMP (Figura 3.2), a abertura entre as antenas (transmissora e receptora) é
crescente em sentidos opostos, partindo-se de um ponto central fixo. O ponto investigado é
sempre o mesmo.
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
50
Figura 3.1 - Esquema do perfil de Afastamento Constante.
Figura 3.2 - Esquema da Técnica de levantamento CMP.
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
51
3.2
TDR – REFLECTOMETRIA NO DOMÍNIO DO TEMPO (TIME DOMAIN
REFLECTOMETRY)
A Reflectometria no Domínio do Tempo ou também chamada de medida de
capacitância, utiliza um sensor (denominado ThetaProbe ML2x) que mede o conteúdo
volumétrico de água (θ
v
), que responde as mudanças da constante dielétrica aparente. Essas
mudanças são convertidas dentro de uma voltagem DC (corrente contínua) que é proporcional
ao conteúdo de umidade do solo em função da extensão da linha de transmissão (hastes). Uma
onda estacionária é medida usando a impedância determinada pela configuração do arranjo da
haste e conseqüentemente o conteúdo de água da matriz do solo.
O sensor gera um sinal senoidal de 100 MHz que é aplicado a uma linha de
transmissão coaxial especialmente projetada para transmissão através do arranjo de quatro
hastes que são introduzidas dentro do solo. Segundo Gaskin & Miller (1996), a impedância
(Z) deste arranjo varia com a impedância do solo, que tem dois componentes principais: a
constante dielétrica aparente (ε) e a condutividade iônica, sendo expressa como:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
1
2
ln.
60
r
r
Z
ε
(15)
onde r
1
e r
2
são os raios internos e externos da haste blindada, respectivamente.
O sinal de freqüência de 100 MHz é utilizado para minimizar o efeito da
condutividade iônica, assim as mudanças na impedância da linha de transmissão são
dependentes quase que exclusivamente da constante dielétrica aparente do solo. A impedância
das quatro hastes afeta a reflexão do sinal e estas reflexões combinadas com o sinal aplicado
formam uma voltagem permanente da onda ao longo da linha de transmissão. A saída do
sensor é uma voltagem análoga proporcional à diferença em amplitude desta onda permanente
em dois pontos e isto forma uma medida sensível e precisa do conteúdo de água. (GASKIN &
MILLER (1996); MILLER & GASKIN (1998))
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
52
O equipamento consiste em um cabo de entrada e saída, o corpo e a cabeça do sensor
(Figura 3.3). O cabo fornece a conexão para uma fonte de alimentação e para saída do sinal
análogo. O corpo do sensor contém um oscilador, uma linha de transmissão interna e circuitos
de medida dentro de uma carcaça impermeável. A cabeça do sensor é composta por quatro
hastes adelgaçadas de aço inoxidável que são inseridas dentro do solo, sendo que as 3
exteriores conectam o instrumento à terra, formando um campo elétrico em torno da haste
central, como um cone blindado. Esta blindagem comporta-se como uma extensão da linha de
transmissão que tem sua impedância dependente da constante dielétrica da matriz do solo. Se
esta impedância for diferente da impedância da linha de transmissão uma parte do sinal é
refletida de volta, que é lida na Junção (J) entre a linha de transmissão e o arranjo do sensor
(Figura 3.4).
Figura 3.3 - Esquema das partes do sensor ThetaProbe ML2x (mod. MILLER & GASKIN, 1998).
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
53
Figura 3.4 - Voltagens lidas nas hastes pela trajetória da onda EM (mod. Gaskin & Miller,1996).
Deste modo, considerando Z
L
a impedância da linha de transmissão e Z
M
a impedância
do sensor inserido na matriz do solo, então r
TDR
, o coeficiente de reflexão é obtido por:
)(
)(
LM
LM
TDR
ZZ
ZZ
rr
+
−
== (16)
A linha de transmissão é desenhada para que o pico máximo da voltagem inicial (V
0
)
seja dada por:
)1(
0
raV −= (17)
onde “a” é a amplitude da voltagem da saída do oscilador. O pico máximo na voltagem de
junção (V
J
) é:
)1( raV
J
+= (18)
Portanto, fazendo a diferença da voltagem (equação 19) e medindo, então a amplitude
dada pela impedância relativa do sensor obtém o coeficiente de reflexão “r”:
arVV
oJ
2=− (19)
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
54
Substituindo o coeficiente de reflexão na equação (16) obtêm-se a impedância da
matriz do solo (Z
M
). Desta forma é possível obter a constante dielétrica que é dada pela
equação (15), pela qual obtêm-se o conteúdo volumétrico de água (θ
V
) lido pelo sensor, que é
dado por:
()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
1
0
s
s
V
ε
θ
(20)
onde ε é a constante dielétrica aparente e
s
0
e s
1
são constantes que são determinadas por
calibração do equipamento e dependem do tipo de solo (Tabela 3.3)
Tabela 3.3 - Valores de coeficientes para solos orgânicos e não-orgânicos.
Coeficientes Tipos de Solo
s
0
s
1
Solos orgânicos 1,3 7,7
Solos não-orgânicos 1,6 8,4
Fonte: GASKIN & MILLER (1996)
O conteúdo volumétrico de água é um parâmetro adimensional, expresso, ou em
porcentagem (% vol) ou em razão (m
3
.m
-3
). Assim, θ
V
= 0 (0.0 m
3
.m
-3
) corresponde a um solo
completamente seco e θ
V
= 1, corresponde a amostra saturada em água. Há uma importante
diferença entre conteúdo volumétrico e gravimétrico da umidade do solo. O conteúdo
volumétrico de água de um solo úmido e de um solo orgânico úmido pode chegar de 0,5
(50%) e 0,8 (80%), respectivamente (GASKIN & MILLER, 1996). As definições de como
obter o conteúdo gravimétrico de água a partir do conteúdo de água (θ
g
) podem ser
encontradas em Gaskin & Miller (1996).
Trabalhos publicados por Topp
et al (1980), Whaley (1993), White et al (1994), dentre
outros, mostram uma correlação quase linear entre a raiz quadrada da constante dielétrica
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
55
(
ε
) e o conteúdo volumétrico de umidade (θ
v
) e isto tem sido registrado para muitos tipos
de solo.
3.3
O MÉTODO ELETROMAGNÉTICO INDUTIVO
Os métodos eletromagnéticos indutivos baseiam-se na propagação de ondas
eletromagnéticas de baixas freqüências (< 1 MHz). Os estudos de indução de correntes
elétricas na terra são adequadamente descritos por um processo de difusão do campo
eletromagnético, onde pode-se desprezar as correntes de deslocamento e considerar apenas as
correntes de condução. Quando uma corrente passa por um fio, é gerado um campo magnético
primário em torno desse fio. Se o fluxo de campo magnético variar em uma espira, provocará
o aparecimento de corrente induzida na espira. Este processo é conhecido como indução
eletromagnética representada na Figura 3.5. A indução eletromagnética é gerada da seguinte
forma:
i)
uma determinada corrente alternada flui na bobina transmissora e cria um campo
magnético primário oscilante nas proximidades da bobina;
ii)
o campo magnético primário oscilante causa uma variação no fluxo do campo
magnético em um meio condutor o que provoca o aparecimento de correntes
secundárias induzidas denominadas de
eddy currents;
iii)
as correntes secundárias ao fluírem pelo condutor criarão um novo campo,
chamado de campo magnético secundário, e este trará consigo informações sobre
o condutor.
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
56
Figura 3.5 – Esquema de funcionamento de um equipamento de Indução Eletromagnética. a)
equipamento EM38 da empresa Geonics utilizado durante a aquisição de dados; b) esquema ilustrando
o fluxo de indução do campo magnético (adap. TELFORD, et al.,1990).
O campo primário é alterado pelo campo secundário e como conseqüência têm-se o
campo resultante que é a composição do campo primário com o secundário. Tanto o campo
secundário quanto o resultante trazem consigo informações sobre o condutor.
O equipamento utilizado neste método é denominado de condutivímetro de solo
(Figura 3.5), sendo composto de duas bobinas: uma de emissão de ondas eletromagnéticas e
outra de recepção de ondas emitidas e induzidas no solo. A bobina transmissora emite um
campo eletromagnético primário H
p
, que induz, em subsuperfície campo eletromagnético
secundário H
s
. A combinação dos dois campos, i.e., o campo resultante, é medido pela bobina
receptora (MCNEIL, 1980). A relação dos módulos dos campos primário e secundário é dada
por:
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
57
4H
H
2
0
p
S
si
σμω
≅ (21)
onde:
H
p
= campo magnético primário na bobina transmissora;
H
s
= campo magnético secundário na bobina receptora;
ω = 2 π f;
f = freqüência (Hz);
μ
0
= permeabilidade do espaço livre;
σ
= condutividade elétrica (S/m);
s = espaçamento entre as bobinas (m);
i =
1−
A razão do campo magnético secundário pelo primário é linearmente proporcional à
condutividade do terreno, o que torna possível uma leitura direta. Com a razão H
s
/H
p
a
condutividade aparente indicada pelo instrumento é dada por:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
p
s
a
H
H
s
2
0
4
ωμ
σ
(22)
A leitura da condutividade é efetuada diretamente no equipamento em miliSiemens
por metro (mS/m). Assim o método Eletromagnético Induzido emprega ondas de rádio de
baixa freqüência e pode ser utilizado para estudar a subsuperfície.
As principais aplicações do método Eletromagnético Indutivo são:
i)
estudo de mapeamento da condutividade de solos para uso em agricultura de
precisão;
ii)
estudos geológicos e hidrogeológicos;
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
58
iii)
mapeamento e delineamento de plumas de contaminação em solos/rochas
gerados por resíduos industriais e urbanos;
iv)
exploração arqueológica;
v)
mapeamento da condutividade do terreno para aterramento elétrico;
vi)
localização de pipes e condutores tipo metálicos;
vii)
detecção de cavidades em rochas carbonáticas;
viii)
mapeamento de intrusões salinas;
ix)
localização e reconhecimento de níveis de depósitos cascalhosos;
x)
mapeamento da topografia de camadas de rochas;
xi)
mapeamentos geológicos gerais (tipos de solo, zonas de falhas e fratura, etc.);
xii)
delimitação de regiões com poros preenchidos por água congelada.
Para essa pesquisa foi utilizado um condutivímetro de solo denominado de EM38
(Figura 3.5a). Este equipamento é portátil possui o espaçamento entre as bobinas de 1 metro e
freqüência de operação de 14,6 kHz. Com ele é adquirida a condutividade elétrica e a
susceptibilidade magnética do meio nas profundidades teóricas de 0,75 m (DMH-Dipolo
Magnético Horizontal) e 1,5 m (DMV-Dipolo Magnético Vertical), por isso, umas de suas
principais aplicações é na agricultura de precisão fazendo o mapeamento da condutividade do
solo (KITCHEN
et al., 1996; SUDDUTH et al., 2001, SUDDUTH et al., 2003).
Como o solo é bastante heterogêneo, o valor da condutividade medida depende dos
constituintes físicos e químicos, além da presença de água e de íons dissolvidos no solo, que
tendem sempre a aumentar o valor da medida. A orientação das bobinas determina qual
profundidade de investigação. Nesta pesquisa, foi utilizado o arranjo DMV - Dipolo
Magnético Vertical que investiga até 1,5 m de profundidade.
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
59
3.4
O MÉTODO DA ELETRORRESISTIVIDADE
Neste método, correntes elétricas geradas artificialmente são introduzidas dentro da
terra e o resultado de diferentes potenciais elétricos são medidos na superfície. Esses
potenciais são derivados de diferenças nos potenciais esperados para uma subsuperfície
homogênea e assim fornecem informações sobre as variações nas propriedades elétricas da
subsuperfície heterogênea. A principal propriedade elétrica obtida é a resistividade elétrica
que representa a dificuldade dos materiais em conduzir a corrente elétrica e depende da
natureza e do estado físico do material.
Considerando um cilindro, condutor e homogêneo, de resistência R, comprimento L e
área A (Figura 3.6) a resistividade
ρ é dada por:
L
RA
=
ρ
(23)
onde:
ρ = resistividade elétrica (Ω.m)
R = resistência elétrica (
Ω)
S = área da seção transversal do cilindro (m
2
)
L = comprimento do cilindro (m)
Sendo o cilindro atravessado por uma corrente elétrica (I), será submetido a uma
diferença de potencial (
ΔV) e sua resistência é dada por:
I
V
R = (24)
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
60
Figura 3.6 - Parâmetros usados na definição da resistividade (mod. KEAREY & BROOK, 1991).
Como o meio é heterogêneo, os valores da resistividade dependem da geometria do
arranjo dos eletrodos no terreno que é dada por uma constante k, que será diferente para cada
arranjo, medindo assim a resistividade média do pacote investigado (solo ou rocha),
denominada de resistividade
aparente (ρ
a
), dada por:
k
I
VΔ
ρ
a
⋅=
(25)
O fator geométrico k do arranjo para uma disposição de eletrodos simétrica pode ser
obtido através da relação abaixo:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
BN
1
BM
1
AN
1
AM
1
2
k
π
(26)
A unidade no SI da resistividade elétrica é ohm-metro (
Ω.m) e do seu inverso, a
condutividade a unidade é siemens por metro (S/m).
A propagação da corrente elétrica nos materiais pode ser devida à presença de
minerais metálicos e grafita (condutores) em sua matriz, e é denominada de condutividade
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
61
eletrônica, ou devido ao deslocamento de íons dissolvidos na água contida nos poros e
fissuras dos solos e rochas, que é denominada de condutividade eletrolítica. Em geral, a
condutividade é eletrolítica, pois apenas em casos específicos os minerais condutores ocorrem
em rochas em quantidades suficientes para aumentar sua condutividade global. A
resistividade dos solos e rochas que possuem condutividade eletrolítica é afetada
principalmente por quatro fatores: composição mineralógica, porosidade, teor em água e
quantidade e natureza dos sais dissolvidos. Além disso, a resistividade aparente depende do
tipo de arranjo usado na investigação; da natureza do solo e do subsolo atravessado pela
corrente primária (corrente injetada no terreno); e da situação do corpo rochoso (pouco, muito
ou não fraturado) (KEAREY & BROOK, 1991).
Devido à influência dessa série de fatores, o parâmetro resistividade varia entre
amplos limites, mesmo para um único tipo de rocha. Dobrin (1981) lista resultados de valores
de resistividade que foram observadas em vários tipos de rochas que contém água (Tabela
3.4). Os valores de resistividade foram determinados em relação à idade da rocha, pois
considera-se que há um aumento da resistividade com a idade da rocha por causa da grande
compactação associada com o aumento da espessura da sobrecarga (aumento do pacote
sedimentar), mas altas anomalias de resistividade das rochas terciárias refletem o fato de que a
deposição neste período ocorreu principalmente em ambiente de água doce e não em água
salgada, como ocorreu durante o Mesozóico (DOBRIN, 1981). Estatisticamente, rochas
metamórficas tem uma resistividade mais alta do que os outros tipos.
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
62
Tabela 3.4 - Resistividade (em Ω.m) para rochas saturadas com água em função da idade.
Idade
Geológica
Arenitos
marinhos,
folhelho,
grauvacas
Arenitos
continentais,
argilitos,
arcóseo
Rochas
vulcânicas
(basalto,
riolito,
tufos)
Granito,
gabro, etc.
Calcários,
dolomitos,
evaporitos,
sais
Quaternário,
Terciário
1-10 15-50 10-200 500-2000 50-5000
Mesozóico 5-20 25-100 20-500 500-2000 100-10000
Carbonífero 10-40 50-300 50-1000 1000-5000 200-100000
Pré-
Carbonífero,
Paleozóico
40-200 100-500 100-2000 1000-5000 10000-
100000
Precambriano 100-2000 300-5000 200-5000 50000-20000 10000-
100000
Fonte: Dobrin, (1981).
Como o subsolo não se comporta como um meio homogêneo, a resistividade aparente
(
ρa) expressa os resultados das medidas no método da eletrorresistividade que se toma como
base para a interpretação. As variações nas medidas de resistividade aparente são
interpretadas, então, como desvios em relação a um meio totalmente uniforme, em função da
estratificação geoelétrica do meio investigado.
Este método é utilizado em estudos de descontinuidades horizontais e verticais nas
propriedades elétricas da terra, e também na detecção de corpos tridimensionais de
condutividade elétrica anômalas (KEAREY & BROOK, 1991). Ele é comumente usado na
engenharia e em investigações hidrogeológicas para investigar a subsuperfície geológica rasa.
A eletrorresistividade tem sido utilizada em diversas áreas e destacam-se as seguintes
aplicações: geologia básica; hidrogeologia; geotecnia; e geologia ambiental.
As principais técnicas de aquisição do método da Eletrorresistividade são a Sondagem
Elétrica Vertical (SEV) e o Caminhamento Elétrico (CE). Neste trabalho utilizou-se a técnica
de Caminhamento Elétrico Contínuo através de um equipamento relativamente moderno e
inovador (denominado de Veris 3100), que permite fazer um mapeamento contínuo da
condutividade elétrica do solo (VERIS TECHNOLOGIES, 2002).
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
63
O sistema constitui-se de um chassi compostos por seis eletrodos de discos de aço
plano (parecido com um arado) conectado a uma unidade central que controla a corrente
injetada por dois dos eletrodos e mede a diferença de potencial entre os outros dois pares de
eletrodos, convertendo-os para valores de condutividade elétrica e armazenando-os para
posterior processamento.
O equipamento é configurado através do arranjo Wenner onde os eletrodos são
dispostos em linha, sendo dois eletrodos de corrente (A e B) e dois de potencial (M e N) onde
a distância entre eles é a mesma, e a profundidade de investigação teórica pode ser dada pela
distância entre os eletrodos. Desta forma, considerando-se:
aANBMeaBNAM 2==== (27)
e substituindo na equação (26), o fator geométrico é dado por:
ak
π
2= (28)
onde “
a” substitui a distância entre os eletrodos. A resistividade aparente (ρ
a
) é dada pela
Equação (29) e a Condutividade Elétrica Aparente (CEa) lida pelo equipamento é obtida pela
Equação (30):
I
V
a
a
Δ
=
πρ
2 (29)
a
a
CE
ρ
1
= (30)
O equipamento, através de um sistema comutativo, permite adquirir simultaneamente
dados de condutividade elétrica do solo em duas profundidades (Figura 3.7, Figura 3.8 e
Figura 3.9). Esta característica fornece informações da condutividade do solo de 0 a 0,30 m e
de 0 a 0,90 m (Figura 3.7).
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
64
Figura 3.7 - Arranjo geral do equipamento Veris 3100 investigando simultaneamente duas
profundidades distintas (VERIS TECHNOLOGIES, 2002).
A camada superior (ou rasa, de 0 a 0,30 m) fornece informações sobre os efeitos da
variabilidade produzida pela cultura e redistribuição do solo. Os valores de CEa são
adquiridos cancelando os eletrodos 1 e 6 (Figura 3.8), a corrente é emitida pelos eletrodos de
corrente 2 e 5 (A e B) e a diferença de potencial lida nos eletrodos de potencial 3 e 4 (M e N).
Assim, mantendo a geometria do arranjo, o ponto que é investigado corresponde ao ponto
localizado no centro do arranjo, na profundidade pré-determinada pelo fabricante, que é igual
à distância a.
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
65
Figura 3.8 - Esquema do arranjo Wenner para o equipamento Veris 3100 para investigar a profundidade
de 0,30 m. Os eletrodos 1 e 6 são cancelados, a corrente é emitida nos eletrodos 2 e 5 e a diferença de
potencial é medida entre os eletrodo 3 e 4 Modificado de Boydell et al. 1999, disponível em:
http://www.usyd.edu.au/su/agric/acpa/veris/PreliminaryresultswiththeVERISsoilelectricalconductivityin
strument.html#Howdoesitwork.
Na camada inferior (ou profunda, de 0 a 0,90 m) a medida permite identificar os
padrões naturais da variabilidade do solo. Os valores de CEa são adquiridos cancelando os
eletrodos 3 e 4, a corrente é emitida pelos eletrodos de corrente 1 e 6 (A e B) e a diferença de
potencial lida nos eletrodos de potencial 2 e 5 (M e N) (Figura 3.9). Da mesma forma, o ponto
que é investigado corresponde ao ponto localizado no centro do arranjo, na profundidade pré-
determinada que é igual à distância 3a. Relacionando as duas medidas, rasas e profundas,
obtém-se os valores relativos na camada entre 30 e 90 cm.
Para rebocar o sistema, é necessário utilizar um veículo como trator, quadriciclo ou
caminhonete. Os eletrodos são ligados à estrutura de aço tubular do instrumento, mas isolados
eletronicamente, sendo que dois são eletrodos de corrente e quatro de potenciais. Através do
cabo de conexão, estes eletrodos são presos ao “console” que fica preso a um suporte na
cabine do veículo para evitar choques e solavancos, e este a uma bateria (12 V).
CAPÍTULO III – MÉTODOS GEOFÍSICOS
66
Figura 3.9 - Esquema do arranjo Wenner para o equipamento para investigar a profundidade de 0,90
cm. Os eletrodos 3 e 4 são desligados, a corrente é emitida nos eletrodos 1 e 6 e a diferença de potencial
é medida entre os eletrodo 2 e 5. Modificado de Boydell et al. 1999, disponível
em:http://www.usyd.edu.au/su/agric/acpa/veris/PreliminaryresultswiththeVERISsoilelectricalconductivi
tyinstrument.html#Howdoesitwork.
A disposição dos eletrodos e as tensões pré-programadas inibe a necessidade de
calibrar ou ajustar o equipamento, sendo realizado apenas um teste
4
antes de iniciar o
levantamento. Se o aparelho codificar algum erro na leitura o operador é comunicado por um
sinal sonoro.
Embora não faça parte do equipamento Veris 3100, É necessário acoplar um GPS ou
DGPS (GPS diferencial) de precisão que faça correção diferencial do posicionamento em
tempo real. Para tanto, foi utilizado um DGPS (Trimble) que faz a correção diferencial
utilizando o sinal emitido pelo sistema OMNISTAR. Compõe-se de uma antena que é
colocada no teto do veículo, presa por um imã em sua base, que recebe o sinal e envia direto
para o “console” central.
4
O teste é realizado com um adaptador denominado de “caixa de teste” conectando na entrada do cabo de sinal,
que fornece valores de condutividade simulados das medidas rasas e profundas.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
67
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
4 AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DE DADOS
A etapa de aquisição de dados foi realizada no período de 04 a 11 de abril de 2004,
numa área destinada ao cultivo de soja e algodão, denominado de Talhão 06. Primeiramente,
foi realizado um levantamento regional com o método da eletrorresistividade, onde foi
verificada uma área que mostrou variações no valor da condutividade elétrica aparente (CEa).
Desta forma, foi delimitada uma área quadrada com dimensões de 100 m x 100 m
denominada de área piloto (vide Tabela 1.1).
Nesta área, dentro do Talhão 06 foram realizados os levantamentos geofísicos com os
métodos GPR, TDR, EM38 e CEC. Para a aquisição a área foi demarcada com auxílio de
trenas, onde dividiu-se em 21 linhas espaçadas de 5 m e foram realizados os levantamentos
geofísicos (Figura 4.1).
Figura 4.1 - Croqui mostrando a área de estudo e as linhas de medidas.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
68
A seguir, será feita uma breve descrição das principais atividades de aquisição e
processamentos dos dados, utilizando os métodos GPR, TDR, EM38 e CEC. Também será
mostrado uma breve descrição de como foi feita a análise de produtividade para a área
correspondente ao talhão 6.
4.1
AQUISIÇÃO
4.1.1 Aquisição dos perfis de GPR
O sistema de aquisição consiste basicamente de seis unidades: computador, unidade de
controle, transmissor, receptor e duas antenas (transmissora e receptora). Tanto a unidade
transmissora (Tx) como a receptora (Rx) são compostas por módulos eletrônicos acoplados às
antenas que, por sua vez, estão conectadas à unidade de controle através de cabos de fibra
ótica. O computador (notebook) é conectado à unidade de controle através de um cabo de
comunicação serial ou paralelo.
A unidade de controle envia simultaneamente um sinal para o transmissor e outro para
o receptor. O transmissor eletrônico gera um pulso de curta duração e alta voltagem que passa
pela antena transmissora e é irradiado para o subsolo. Detectando o sinal que é retornado, i.e,
o sinal refletido, a unidade receptora entra em regime de gravação e, após a coleta de todas as
amostras do traço, este dado é enviado para a unidade de controle e desta para o computador,
onde é visualizado e gravado no notebook. A Figura 4.2 mostra um diagrama simplificado de
um sistema GPR.
Em campo, é importante anotar os parâmetros da seção para poder processá-la, além
de qualquer fonte de ruídos como localização das árvores, postes de iluminação, redes
elétricas, presença de casas, trator, etc., a fim de evitar uma interpretação errônea de possíveis
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
69
refletores que não trazem informações da subsuperfície, mas que são resultados da reflexão de
ondas aéreas.
Figura 4.2 - Diagrama simplificado de um sistema GPR.
Os dados foram adquiridos com o equipamento GPR-RAMAC, fabricado pela
empresa sueca MALÅ Geoscience. Dentro da área piloto foram realizados levantamentos com
antenas de 50 MHz e 200 MHz não blindadas e com antenas de 100 e 500 MHz blindadas
(Foto 4.1).
Foram adquiridos 4 sondagens de velocidade do tipo CMP-Common Mid Point e 75
perfis de reflexão GPR com afastamento constante. As sondagens CMP são importantes para
a conversão dos perfis de reflexão de tempo para profundidade.
A tabela abaixo resume as aquisições com o GPR na área piloto.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
70
Tabela 4.1 - Resumo das aquisições com o GPR na área piloto.
Número dos Perfis
GPR
Antenas (MHz) Direção dos Perfis
21 500–antena blindada N45ºE - S45ºW
21 200–antena não-blindada N45ºE - S45ºW
21 100–antena blindada N45ºE - S45ºW
6 50–antena não-blindada N45ºE - S45ºW
6 100–antena-blindada N45
o
W – S45
o
E
4 CMP’s 100–antena não-blindada
*
Posições = 20, 40, 60 e 80 m
*
(sobre o perfil GPR da Linha-1, posição de zero metros)
Foto 4.1 - Aquisição dos perfis de reflexão GPR. a) antenas de 50 MHz (não-blindada, modo passo-a-
passo), b) antenas de 100 MHz (blindada, modo continuo), c) antenas de 200 MHz (não-blindada, modo
continuo) e d) antenas de 500 MHz (blindada, modo continuo).
Na área piloto, enfoque desta pesquisa, os perfis foram espaçados de 5 m e o
espaçamento entre os traços foi de 0,1m, portanto, apresentam uma alta resolução espacial. As
técnicas utilizadas na aquisição dos dados foram tanto com o modo passo-a-passo quanto com
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
71
o modo contínuo. Esta última técnica foi bastante eficaz para adquirir dados com rapidez
(Fotos 4.1b, 4.1c e 4.1d).
Os parâmetros para aquisição dos dados GPR estão apresentados resumidamente na
Tabela 4.2.
Tabela 4.2 - Parâmetros utilizados para aquisição dos perfis GPR.
Antena
(MHz)
Espaçamento
entre os
traços (m)
Espaçamento
entre as
antenas (m)
Stacks Freqüência
de
amostragem
(MHz)
Time
Window
(ns)
Modo
500 0,1 0,2 16 4647,38 110,1 Contínuo
200 0,1 0,6 16 1991,73 257 Contínuo
100 0,1 1 16 1072,47 477,4 Contínuo
50 0,5 2 128 717,59 137,68 Passo a
passo
A escolha do melhor local para realizar as sondagens de velocidade foi feita após a
aquisição dos perfis de reflexão, onde, através de uma análise prévia do perfil, pôde-se
escolher as posições que são encontrados refletores horizontais com alta amplitude.
4.1.2 Aquisição dos dados do CEC
Os dados do sensor de condutividade elétrica para profundidades de 0-30 cm e de 0-90
cm foram adquiridos com o equipamento (Veris 3100), acoplado a um trator (Foto 4.2).
A unidade central de aquisição foi montada na cabine do trator, pois é um local livre
de poeira, vibrações e interferências elétricas (Fotos 4.2a). Antes de iniciar a aquisição de
dados é necessário certificar-se do correto funcionamento do aparelho para garantir a
confiabilidade dos dados.
É preciso também verificar o isolamento dos eletrodos de discos checando se não há
alguma parte dos eletrodos de arado em contato com qualquer parte do corpo do implemento.
Isto é verificado por inspeção visual e medindo-se com um ohmmímetro a continuidade
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
72
elétrica entre cada um dos eletrodos de discos e a estrutura do implemento. Utiliza-se uma
caixa de teste do implemento para verificar a continuidade elétrica presente dos eletrodos até
o console central, permitindo medir adequadamente a condutividade do solo.
Foto 4.2 - Fotos mostrando o equipamento Veris 3100. a) o console central que gerencia a aquisição, b)
visão geral dos eletrodos de discos e do DGPS montados no trator, c) detalhe dos eletrodos de discos e
d) equipamento adquirindo dados.
No campo, inicio da aquisição se dá abaixando os discos para entrar em contato com o
solo. Para uma boa medição da condutividade elétrica, todos os eletrodos de discos devem
estar um contato direto com o solo (2-5 cm), durante a aquisição.
A velocidade de operação adequada de aquisição dos dados depende das condições de
campo. Por causa da importância do contato contínuo, a unidade não deve sofrer “saltos” nos
terrenos irregulares em alta velocidade. Em terrenos suaves, o instrumento pode ser operado
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
73
com velocidades de 12,8 a 16 km/h (VERIS TECHNOLOGIES, 2002). A velocidade da
aquisição é extremamente importante, pois ela influenciará na amostragem realizada.
A configuração do caminhamento e do sistema de navegação também influencia na
amostragem. Em áreas de alta variabilidade do solo, um percurso com passadas mais
próximas ou caminhamento mais estreito pode ser preferível pela maior densidade de
amostras adquiridas. Vários métodos de navegação são possíveis como, por exemplo, seguir o
caminhamento da colheita anterior, linha guia ou usando um computador de navegação para
campo. Embora seja importante para um mapeamento com um padrão consistente, não é
absolutamente necessário que cada passagem esteja exatamente à mesma distância da
passagem anterior.
Este sistema de mapeamento de condutividade elétrica do solo funciona com um
sistema de posicionamento (GPS) que pode ser com correção diferencial em tempo real
(DGPS) ou não. O equipamento não grava dados de condutividade elétrica, se nas posições de
coleta não há a correção do posicionamento em tempo real.
Os dados são gravados no console central em arquivos formato ASCII, e apresentados
em 5 colunas, sendo latitude (Coluna A), longitude (Coluna B), CEa rasa (Coluna C), CEa
profunda (Coluna D) e topografia (Coluna E). O usuário adquire os arquivos fazendo um
download para o disquete ou conectando ao console um computador de campo (notebook).
Ao analisar a distribuição dos pontos coletados verifica-se que existe um
deslocamento na ida e na volta de cada linha. Isso se deve porque a antena do DGPS é
posicionada a 3,30 m de distância à frente dos eletrodos de discos (sensor). Desta forma, a
coordenada adquirida para o ponto está a 3,30 m deslocada à frente do local de medida
(Figura 4.3).
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
74
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134640
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
8134780
0 20406080100
Escala (m)
Figura 4.3 - Mapa de distribuição dos pontos na área piloto adquiridos com o DGPS.
Para corrigir a distância (3,30 m) entre os eletrodos de arado e o DGPS determinou-se
através das relações trigonométricas de um triângulo retângulo, seno, co-seno e tangente, o
valor do deslocamento na direção x e y (Figura 4.4).
Figura 4.4 - Esquema de um triângulo retângulo utilizado para determinar os valores do deslocamento.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
75
O ângulo da inclinação da área (α) foi determinado projetando as distâncias máximas
e mínimas de X (local) e Y (local) nos eixo de X(UTM) e Y (UTM), encontrando os valores
de Δx
0
e Δy
0
, onde:
0
0
tan
x
y
Δ
Δ
=
α
(31)
onde o valor de α é dado por:
0
50≅
α
(32)
Sabendo-se que:
hipotenusa
adjacentecateto
=
α
cos (33)
e
hipotenusa
opostocateto
sen
=
α
(34)
então:
a correção do deslocamento na direção x é dada por:
α
cos.dx =
(35)
Sendo que “d” (hipotenusa) é a distância do DGPS ao eletrodo de arado e
α é o ângulo
da inclinação da área com a horizontal. De forma que o valor do deslocamento em x (cateto
adjacente) obtido é:
º50cos.30,3
=x (36)
assim:
mx 17,2= (37)
De forma análoga, obtém-se a correção do deslocamento na direção y:
α
sendy .= (38)
substituindo α, têm-se:
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
76
0
50.30,3 seny = (39)
e a correção obtida é:
my 49,2= (40)
Nas linhas de medida com direção SW-NE, os valores das correções obtidos foram
acrescidos das respectivas coordenadas, e nas linhas NE-SW, os valores das correções obtidos
foram diminuídos, removendo assim o efeito do deslocamento de ida e volta marcado pelo
DGPS (Figura 4.5).
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
8134780
0 20406080100
Escala (m)
Figura 4.5 - Mapa da distribuição dos pontos na área piloto adquiridos com DGPS corrigidos do
deslocamento da antena durante o levantamento.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
77
4.1.3 Aquisição dos dados de TDR
Os dados do conteúdo volumétrico de água foram adquiridos com o equipamento
denominado de Sensor ThetaProbe Modelo ML2x desenvolvido pelo Macaulay Land Use
Research Institute (NLURI) (Foto 4.3).
Foto 4.3 - Levantamento com TDR. a) detalhe do Data Log que armazena os dados, b) detalhe das
hastes, c) vista geral do levantamento, com suporte e cabos conectores e d) detalhe do sensor cravado no
solo.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
78
Para a aquisição os sensores foram inseridos dentro do solo até que as hastes estejam
completamente cobertas (Foto 4.3d). Os sensores são conectados a uma entrada e saída do
sinal na qual coleta-se a leitura do teor de umidade (
Data Log) (Foto. 4.3a). Prováveis erros
de amostragem podem ser identificados se o equipamento (cabos e conexões) não estiver bem
instalado.
Alguns fatores devem ser considerados e observados ao obter uma medida, tais como:
i)
o sensor é sensível ao conteúdo de água das amostras de solo que ficam
aprisionadas dentro do arranjo das quatro hastes, podendo medir um valor irreal;
ii)
vazios no solo ao redor das hastes, principalmente ao redor da haste central,
reduzirá o valor do conteúdo de umidade medido;
iii)
para medidas coletadas in situ e realizadas após um período de chuva, em
trincheiras, é recomendável introduzir o sensor em um ângulo de 20º, para evitar
que a água atinja o corpo do sensor.
O conteúdo de água do solo medido pelo sensor pode ser afetado por variações na
densidade e composição do solo, pedras entre as hastes, raízes (próximas ou perfuradas pelas
hastes), buracos no solo (vazios - fabricados por minhocas, deixado por raízes, etc), drenagens
no subsolo e pequenas escalas de variabilidade em transpiração e evaporação.
Durante a aquisição foram coletadas medidas de 2 em 2 m em cada linha. Para
minimizar possíveis erros de medida em cada ponto de medida foram coletados três medidas e
o valor utilizado de teor de umidade do solo foi a média.
Para gerar o mapa de distribuição do teor de umidade do solo, e assim poder compará-
lo com os valores de condutividade elétrica, tornou-se necessário a correção das coordenadas.
Isso se deve pelo fato de que durante a aquisição, o levantamento com o TDR foi realizado
com auxílio de trenas (Figura 4.6). Para a correção dos pontos coletados, foram realizados os
procedimentos descritos a seguir.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
79
Para rotacionar os pontos de medida da trena para as coordenadas UTM, ou seja,
referenciar os pontos, também utilizou as relações trigonométricas de um triângulo retângulo,
seno, co-seno e tangente, em relação às coordenadas do sensor de condutividade elétrica, após
a correção do deslocamento inerente ao levantamento (Figura 4.5).
0 102030405060708090100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20406080100
Escala (m)
X (local)
Y (local)
Figura 4.6 - Mapa da distribuição dos pontos com equipamento TDR, com auxílio das trenas com
espaçamento entre as linhas de 5 m e entre os pontos de 2 m.
Considerando um ponto qualquer dentro da área, como o ponto A, por exemplo,
(Figura 4.7), as suas coordenadas são obtidas da seguinte forma:
i)
determinar o valor do ângulo β, que dá a inclinação do ponto em relação ao X
0
,
ou seja, ao ponto de origem e de coincidência dos dois sistemas de coordenadas,
analogamente ao procedimento tomado para determinar o ângulo
α (ver item
4.1.2; eq. 31). Para cada ponto dentro da área o valor do ângulo
β é variável, pois
vai depender da distância deste ponto ao limite da área, quando o ponto estiver
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
80
sobre o eixo X (local) o ângulo terá valor igual a zero, e o ângulo a considerar
será somente o ângulo
α, nos demais pontos considera-se (α+β);
ii)
determinar o valor de X
0
e de Y
0
que é o ponto inicial deste sistema. Este é o
ponto de menor coordenada da área, coincidente com X
local
e Y
local
(0, 0).
Figura 4.7 - Esquema da área piloto para o cálculo da rotação dos pontos não referenciados.
Desta forma, por senos e co-senos, têm-se:
)cos(.)(
01
β
α
+
+
=
dXUTMX (41)
)(.)(
01
β
α
+
+
=
sendYUTMY (42)
onde:
X(UTM)
1
e Y(UTM)
1
são as novas coordenadas determinadas; X
0
e Y
0
são os valores das
coordenadas X(UTM) e Y(UTM) coincidentes com as coordenada locais iniciais, ou seja,
X
local
= 0 e Y
local
= 0. Os valores de X
0
é 812902.14 e o valor de Y
0
é 8134635.3; d é a
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
81
distância do ponto em relação à origem no sistema de coordenadas locais (trena) e os ângulos
α e β referem-se aos parâmetros rotação de cada ponto.
A Figura 4.8 mostra os pontos dos dados de TDR após a correção das coordenadas
locais para as coordenadas UTM.
812760 812780 812800 812820 812840 812860 812880
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
8134780
0 20406080100
Escala (m)
Figura 4.8 - Mapa de distribuição dos pontos coletados com o TDR após a rotação das coordenadas.
4.1.4 Aquisição dos dados de EM38
Os dados foram adquiridos com equipamento EM38 fabricado pela empresa canadense
GEONICS LIMITED (Foto 4.4). O equipamento permite fazer duas leituras a profundidades
pré-determinadas, uma com o dipolo magnético vertical e outra com o dipolo magnético
horizontal. Neste caso coloca-se o instrumento no solo na configuração DMV e anota-se a
leitura, posteriormente, rotaciona-se o equipamento para o modo DMH e novamente anota-se
a leitura. Se a segunda leitura for maior do que a primeira o material mais próximo da
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
82
superfície é mais condutivo e vice-versa. Se ambas as leituras são essencialmente as mesmas,
a condutividade do solo é uniforme até a profundidade de cerca de 1.5m, ou seja, corresponde
a profundidade efetiva de exploração do EM38 (Geonics, 1998). No levantamento foi
realizada uma medida, com o dipolo magnético vertical. Os ensaios de campo são geralmente
na forma de caminhamentos, que devido à praticidade de operação e transporte dos
equipamentos são realizados com muita rapidez. Os ensaios foram realizados com o auxílio
de trenas, ou seja pelo sistema de referência local.
Foto 4.4 - Aquisições com equipamento EM38. a) calibração do equipamento no dipolo magnético
horizontal, b) aquisição dos dados, com auxílio da trena, c) reocupação da estação base, mostrando a
calibração com dipolo magnético vertical e d) retorno ao levantamento.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
83
Os dados foram adquiridos com uma malha fechada, ou seja, linhas nas direções x e
y (locais) com espaçamento de 5 em 5 m e distância entre as medidas de 2 em 2 m (Figura
4.9). Desta forma, o mesmo procedimento para corrigir as coordenadas dos pontos de TDR
também foi aplicado para corrigir os pontos de EM38. A Figura 4.10 mostra os dados de
EM38 após as correções das coordenadas.
0 102030405060708090100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20406080100
Escala (m)
X (local)
Y (local)
Figura 4.9 - Mapa de distribuição dos pontos coletados com equipamento EM38 com auxílio das trenas.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
84
812760 812780 812800 812820 812840 812860 812880
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
8134780
0 20 40 60 80 100
Escala (m)
Figura 4.10 - Mapa da distribuição dos pontos com equipamento EM38, após a correção das
coordenadas.
Além dos dados de geofísica, também foram realizadas coletas de amostras de solo a
10 cm de profundidade, com amostragem de 10 em 10 m na área piloto, as quais foram
enviadas ao Laboratório de Análises de Solo do Departamento de Solos e Engenharia Rural
(UFMT). Este trabalho da coleta de amostras de solos foi realizado pelos colegas integrantes
do projeto de pesquisa financiado pela Finep. As amostras de solo foram levadas para o
laboratório de propriedades de solos para serem analisadas e resultaram nas análises químicas
dos seguintes componentes: teores de Fe, Zn, Mn, Mg, Ca, Ca+Mg, Na, Al, H+Al, K, P, S,
valores de pH (H
2
O) e pH (CaCl
2
) e os teores de argila (g.kg
-1
), silte (g.kg
-1
) e areia (g.kg
-1
).
As análises que situaram-se dentro da área piloto foram disponibilizadas para complementar a
nossa pesquisa. Durante a colheita de grãos de soja, foram medidas também a produtividade e
o teor de umidade em todo talhão 6 que também foram disponibilizados e os resultados estão
apresentados e discutidos no Capítulo V.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
85
4.2
PROCESSAMENTO DOS DADOS
4.2.1 Processamento dos dados de GPR
Para o processamento dos dados de radar foram utilizados os softwares Gradix e
Radan for Windows (GSSI). A interface do Gradix foi utilizada para corrigir as primeiras
chegadas das ondas, usando o filtro
drift removal, alinhando os traços de acordo com essas
chegadas e assim remover o serrilhado
5
dos perfis. Depois os arquivos correspondentes a cada
perfil foram exportados para a interface do
software Radan para dar prosseguimento ao
processamento dos dados.
O processamento do sinal é uma etapa importante, pois é quando remove-se as
interferências (ruídos) presente no sinal de radar, ou as amenizam o máximo possível. Para
apresentar a imagem, utiliza-se o suporte de um software digital de gráficos e imagens em que
são marcados os refletores interpretados.
As etapas utilizadas no processamento dos dados GPR foram: correção do tempo zero,
correção da escala horizontal, análise do espectro de freqüência, filtragem temporal do tipo
passa banda, remoção do background, filtragem horizontal, ganhos no tempo (constante,
linear, esférico e exponencial) e conversão tempo-profundidade.
O processamento básico do sinal da onda eletromagnética seguiu as etapas descritas a
seguir.
5
Durante a aquisição, pela irregularidade do terreno e velocidade da aquisição, o tempo de chegada da primeira
reflexão da onda eletromagnética foi diferente para todo perfil, fornecendo um aspecto serrilhado a ele. O filtro
drift removal alinha as primeiras chegadas da onda direta no ar.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
86
Edit Header – após ler os dados do arquivo de aquisição (formato RD3), edita-se os
parâmetros necessários para o processamento, como número de
scans
6
, quantidade de marks
7
,
o nível médio da topografia do terreno.
Edit Markers – edita-se os marks em relação aos números de scan.
Distance Normalization – após editar os marks, pode-se corrigir a distância horizontal.
Correct Position – ajusta a primeira chegada da onda aérea para o tempo zero.
Range Gain – aplica-se ganhos nos dados para realçar os sinais de baixas amplitudes.
Data Display Options – O-Scope – esta opção permite visualizar cada resposta do pulso de
onda, bem como o seu espectro, permitindo definir os valores de freqüência para as filtragens.
Filter – remoção de freqüências não desejáveis que são os ruídos. Foi utilizado o filtro passa
banda trapezoidal sendo importante para realçar os sinais e minimizar os ruídos.
Hilbert Transform – fornece o valor da magnitude da energia refletida realçando os sinais
fracos.
Velocity Anaysis – nesta etapa, analisa-se a velocidade da onda eletromagnética nos refletores
utilizando-se as sondagens de velocidade (CMP). A Figura 4.11 mostra uma sondagem de
velocidade realizada sobre a Linha 1 da área pilo, na posição de 60 m.
6
número de traços do perfil. por exemplo, se o levantamento é com espaçamento de 0,50 m, então têm-se 2
scans por metro.
7
É uma marca na escala horizontal que se edita para uma determinada quantidade de metros. Por exemplo,
colocando-se uma marca a cada 10 m. Esta edição é importante e imprescindível para quem trabalha em terrenos
acidentados, pois auxilia na correção topográfica.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
87
Figura 4.11 - Análise de velocidade. a) sondagem adquirida com equipamento GPR através da técnica
CMP com antenas não blindadas de 50 MHz mostrando as reflexões das ondas eletromagnéticas
encontradas na área; b) análise de semblance (realizada no software Radan (GSSI)) na qual foi
determinada a velocidade da onda eletromagnética de 0,077 m/ns para o refletor hiperbólico
correspondente a 218,64 ns.
Após os perfis processados foi realizado uma interpolação dos perfis com objetivo de
gerar um cubo 3D de dados. A partir desta interpolação foram gerados mapas da distribuição
das amplitudes de reflexão em todas as profundidades de investigação dos outros métodos
geofísicos utilizados nesta pesquisa, ou seja, mapas nas profundidades (i.e.
depth slices) de 10
cm, 30 cm, 90 cm e 150 cm. Este procedimento foi realizado para facilitar a interpretação
integrada dos dados. Para converter os perfis de reflexão de tempo para profundidade foi
utilizada a velocidade de 0,077 cm/ns.
Os mapas gerados nas determinadas profundidades foram exportados na forma de um
arquivo tipo ASCII que contém as distâncias locais, x e y, e os valores da amplitude média de
reflexão de cada ponto. A partir deste arquivo os dados foram referenciados para o sistema de
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
88
coordenadas UTM. Depois que as imagens foram exportadas para valores numéricos e
devidamente referenciados, os valores de amplitudes são agora tratados como variáveis
aleatórias e o tratamento estatístico aplicado para sua correção e interpolação está descrito no
final deste capítulo.
4.2.2 Processamento dos dados de EM38
Os dados de EM38 depois de referenciados, torna-se necessário corrigir os valores em
relação à leitura realizada numa estação base. A base determinada é um local escolhido
durante a aquisição que necessita ser livre de interferências magnéticas.
O procedimento adotado é sistemático. Ao iniciar o levantamento de campo a primeira
e última leitura é lida na base e este procedimento foi mantido para as 21 linhas investigadas.
A correção da base limita-se a determinar a diferença de condutividade lida na primeira e
última leitura, i.e., base inicial e base final. Observou-se que este procedimento, normalmente
utilizado, não foi suficiente, pois os dados lidos na base de leitura apresentaram uma variação
grande, na ordem de 4 mS.m
-1
, e isto causou uma tendência regional nos valores, que marcava
a direção do levantamento realizado. Para remover a tendência dos dados tornou-se necessário
fazer um nivelamento dos dados, através dos seguintes passos:
i)
para cada linha de medida foi determinado o valor da variação da condutividade
elétrica aparente (
ΔCEa) lida na base. Observe que se o valor da base inicial for
maior que o valor da base final, a
ΔCEa será negativa.
finalbaseinicialbaseCEa −=Δ (43)
ii)
para determinar a contribuição da variação da condutividade elétrica para todas
as leituras (CON
CEa
), o valor de ΔCEa foi dividido pelas diferença da distância
final (D
f)
e inicial (D
i
) do perfil.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
89
if
CEa
DD
CEa
CON
−
Δ
=
(44)
iii)
obtendo a contribuição da variação da condutividade elétrica é necessário
distribuí-la para todas as leituras, e para isto é necessário considerar a distância
de cada ponto, obtendo a condutividade elétrica corrigida (CEa
cor
).
(
)
(
)
[]
BnCEaIcorr
DDDCONCEaCEa
−
+= K
1
(45)
onde CEA
I
é a condutividade elétrica lida no equipamento; D
1
e D
n
são as distâncias da
primeira e última leituras, respectivamente; e D
B
é a distância da base, que é igual a zero
8
.
iv)
após a correção ponderada da condutividade elétrica, o nivelamento é realizado
com a finalidade de trazer os valores discrepantes para o mesmo nível. Para isso
é necessário um valor de uma constante para a qual esses dados serão nivelados.
O valor utilizado foi o da mediana dos dados. Com esse procedimento os valores
maiores e menores da mediana refletem as anomalias da condutividade da área.
()
BcorrNIV
CEaMEDCEACEa
−
+= (46)
onde CEa
NIV
é a condutividade nivelada; MED é a mediana dos valores de condutividade; e
CEa
B
é o valor da condutividade na base.
Com os dados nivelados, o tratamento de dados efetuados para interpolação será
descrito junto com os dados de GPR, TDR e CEC.
A próxima seção mostrará a análise realizada nos dados. Os dados de TDR e CEC não
necessitam de um processamento anterior, diferente do tratamento aplicado para interpolação.
8
Deve ser esclarecido que para correção da condutividade elétrica, a distância da base em relação às outras
leituras é considerado igual a zero, pois trata-se de uma medida de referência. Com este procedimento apenas o
valor da variação da condutividade elétrica interfere no valor corrigido, pois independe da sua distância.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
90
4.3
ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS DADOS
Este estudo foi realizado visando determinar a melhor relação entre as variáveis umas
com as outras, bem como melhorar a apresentação dos dados.
Uma análise estatística prévia dos dados é muito importante quando se trabalha com
variáveis aleatórias que serão utilizadas para estimativas. Este procedimento irá definir as
relações mútuas entre as variáveis analisadas (condutividade elétrica aparente, amplitudes
médias dos refletores GPR e teor de umidade), conferir a base de dados, reconhecer valores
anômalos, bem como definir alguns dos parâmetros para interpolação de forma a minimizar
os erros inerentes às estimativas (YAMAMOTO, 2004). Esta análise foi realizada com o
software não comercial chamado Sistema GeoVisual, versão 2.2, desenvolvido para fins
acadêmicos por Yamamoto, 2002.
Após a análise estatística prévia, segue a etapa de interpolação e estimativas. Os
valores são estimados, pois, para cada método utilizado a densidade de pontos amostrados foi
diferente, o que torna difícil o estudo.
Para estimar e gerar os mapas das variáveis foi utilizado o método da krigagem
ordinária. Desta forma é necessário estimar os parâmetros de interpolação e estes são
estimados através do variograma, ferramenta básica da estimativa, ou seja, análise
geoestatística propriamente dita (LANDIM, 2000, LANDIM 2002).
O variograma é a análise da continuidade espacial (correlação espacial), ou seja,
descreve quantitativamente a variação no espaço de um fenômeno regionalizado. É definido
como sendo a esperança matemática do quadrado da diferença entre os valores de ponto no
espaço, separadas por uma distância h, conforme a seguinte expressão (YAMAMOTO, 2004):
() ()()
[]
∑
−+=
2
1
2
xZhxZ
n
h
γ
(47)
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
91
onde: 2γ(h) é a função variograma; n é o número de pares de pontos separados por uma
distância h; Z(x) é o valor da variável no ponto x; Z(x+h) é o valor da variável regionalizada
no ponto (x+h). Comumente utiliza-se da função semivariograma, que é simplesmente a
metade da função variograma:
()()
[]
∑
=
−+=
n
i
xZhxZ
n
h
1
2
2
1
)(
γ
(48)
Desta forma, pode-se definir a função variograma como a medida da variabilidade de
uma dada observação à outra em relação à distância dessas observações. Após o cálculo do
variograma, este é devidamente modelado e assim são estimados os parâmetros para
krigagem.
Segundo Landim (2002), se o variograma for apropriado, ou seja, o modelo é
válido e aceitável, este controla a krigagem com as seguintes vantagens:
i)
evita ponderação arbitrária dos pontos amostrados;
ii)
permite a determinação das melhores estimativas sem tendenciosidade: o melhor
estimador é aquele que produz a melhor precisão (menor variância);
iii)
permite o estabelecimento de limites de confiança, indicando se os resultados são
aceitáveis e se a estratégia de amostragem deve ser modificada;
iv)
precisão, contornos suaves, artefatos indesejáveis raros a não ser nas bordas do
mapa;
v)
interpolador exato: os valores estimados para os nós das células é exatamente
igual ao valor amostrado naquela posição;
vi)
estima além dos limites máximo e mínimo dos valores dos pontos amostrados;
vii)
modela tanto tendências regionais quanto anomalias locais;
viii)
calcula variâncias dos pontos estimados (erros).
Os erros podem ser utilizados para:
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
92
i)
quantificar um intervalo de valores para os pontos estimados, definindo
estimativas realistas;
ii)
calcular intervalos de confiança para verificar a probabilidade dos valores
ocorrerem dentro de um intervalo de 2 unidades de desvio padrão da média;
iii)
as variâncias mapeadas podem indicar locais para adensamento da amostragem.
Para verificar se há a correlação espacial deve-se calcular a variância amostral (49)
(BON (1979)
in YAMAMOTO (2004)). Se a variância espacial for menor que a variância
amostral, então há correlação espacial, caso contrário não. Isto implica que se um variograma
é estruturado (Figura 4.12) ou não e se a técnica da krigagem pode ser utilizada.
2
σ
=VA
(49)
onde:
VA é a variância amostral e σ é o desvio padrão.
Figura 4.12 - Propriedades identificadas em um variograma. Essas propriedades são variância aleatória
(efeito pepita), variância espacial, patamar e amplitude, as quais definem se o variograma é estruturado
ou não. Disponível em: http://www.igc.usp.br/subsites/geoestatistica/variografia/variografia_frame.html
Para todas as variáveis físicas e químicas foram calculados os variogramas. Num
primeiro momento, os variogramas foram analisados em quatro direções (0º, 45º, 90º e 135º) e
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
93
a partir desta análise escolhido o variograma resultante da melhor direção, ou seja, o
variograma melhor estruturado que representa a variabilidade dos dados. Para exemplificar é
mostrado um variograma modelado pelo Sistema GeoVisual (YAMAMOTO, 2002) (Figura
4.13).
0.00
0.20
0.41
0.61
0.82
1.02
0.00 3.50 7.00 10.50 14.00 17.50
DISTÂ NCIA
VARIOGRAMA
=90
Figura 4.13 - Variograma modelado na direção de 90º dos valores de EM38 com ajuste exponencial.
O método utilizado para verificar a modelagem do variograma é denominado de
validação cruzada (YAMAMOTO, 2004). Este método consiste em estimar a localização de
um ponto de dado eliminando-se o valor do mesmo conjunto de pontos de dados. Esta
estimativa é feita pela krigagem ordinária pontual e obtêm-se o valor estimado, além das
variâncias de krigagem (erros inerentes às estimativas) e de interpolação. O resultado é
apresentado na forma de um diagrama de dispersão dos valores da validação cruzada em
função dos valores reais (valor estimado
versus valor real). O resultado ideal de uma
validação seria uma reta de regressão estar mais próxima da bissetriz e que a dispersão em
torno da reta seja mínima.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
94
Os modelos utilizados foram aqueles que deram coeficiente de correlação maior que
R
2
= 0,8 (Figura 4.14).
7.18
9.02
10.85
12.69
14.52
16.36
7.78 9.30 10.82 12.35 13.87 15.39
VALOR ESTIMADO
VALOR REAL
Coeficiente de correlação = 0.947
Figura 4.14 - Validação cruzada dos dados de EM38 mostrando a boa correlação (R=0,947) entre os
valores estimados e reais.
Ao término da análise variográfica e sua modelagem conferida, é realizado o cálculo
de estimativas e interpolação pelo método da krigagem ordinária. A krigagem ordinária faz
uso da correlação espacial existente entre amostras, modelada pela função variograma. Ela
tem como característica principal a precisão local das estimativas. Desta forma somente as
amostras que se encontram dentro de um raio de influência (igual à amplitude) poderão ser
utilizadas para estimativas do valor da variável de interesse em um ponto amostrado. Isto a
torna como uma técnica essencialmente local, ou seja, indicada para estimativas de recursos
naturais, a partir de dados amostrados, pois para esses estudos a precisão local é mais
importante.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
95
Neste caso, deve-se estabelecer estratégias para localização e pesquisa de amostras
vizinhas mais próximas do ponto a ser estimado. A escolha do número de amostras (n)
utilizados deve ser feita de modo que garanta uma boa amostragem espacial, evitando
subconjuntos e agrupamentos de pontos, ou seja, é importante definir uma malha regular de
pontos. Os critérios que podem ser aplicados para a definição da vizinhança local são três: n
pontos mais próximos, n/4 pontos mais próximos por quadrante e n/8 pontos mais próximos
por octante. Essas definições podem ser encontradas em Yamamoto (2002).
Considerando que a krigagem é um método que permite estimar o valor desconhecido
Z
*
(X
0
) associado a um ponto a partir de um conjunto de n dados {Z(X
i
), i = 1, n} disponíveis,
sendo que o estimador Z
*
(X
0
) poderá ser obtido como uma combinação linear dos dados
disponíveis, então, matematicamente, a krigagem pode ser escrita da seguinte forma:
()
()
∑
=
=
n
i
jj
XZXZ
1
0
*
λ
(50)
No caso dos dados estimados, Z
*
(X
0
) corresponde aos dados onde não se tem medidas
e Z(X
i
) corresponde aos dados medidos nos campo.
Os ponderadores (λ
i
, i = 1, n) são obtidos da resolução de um sistema linear de
equações, denominado sistema de equações de krigagem, conforme o desenvolvimento
matemático. É importante que o estimador Z
*
(X
0
) não seja enviesado, ou seja, que durante a
estimativa os valores continuem mantendo a precisão e exatidão. A condição de não
enviesamento para Z
*
(X
0
) é descrita por Huijbregts (1975) in Yamamoto, 2004.
Como toda técnica de estimativa, a krigagem procura fazê-la com mínima variância. A
variância do erro da krigagem é dada pela equação:
() ()
{
}
0
*
0
2
XZXZVar
E
−=
σ
(51)
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
96
ANÁLISE DE PRODUTIVIDADE E DA CONDUTIVIDADE ELÉTRICA
A análise da produtividade de grãos foi estimada indiretamente através de variáveis
físicas que foram obtidas por sensores geofísicos e por variáveis químicas adquiridas através
da análise de solo em laboratório. A análise da condutividade elétrica medida em 30 cm, 90
cm e 150 cm, foi realizada através dos valores das variáreis químicas e dos componentes
granulométricos do solo.
Neste estudo foi empregado o método estatístico de regressão linear múltipla (SEBER,
1977) que tem como objetivo determinar a contribuição das variáveis físicas e químicas do
solo para explicar a produtividade de grãos. Conhecendo esses parâmetros de estimativas é
possível viabilizar o emprego de métodos geofísicos para auxiliar o produtor, que busca
conhecer as propriedades de seu terreno e assim, otimizar os custos com o processo
exploratório.
Para tanto, amostras de solo para as análises químicas foram coletadas dentro da área
piloto de 10 em 10 m de distância e n
a profundidade de 0-20 cm. Verificou-se que as variáveis de estudo não tinham a
mesma quantidade de dados. Assim, realizou-se uma estimativa das variáveis através do
método da krigagem ordinária (LANDIM, 2002). Desta forma foram analisadas 29 variáveis
explanatórias que correspondem aos teores de Fe, Zn, Mn, Mg, Ca, Ca+Mg, Na, Al, H+Al, K,
P, S, pH (H
2
O) e pH (CaCl
2
) e os teores de argila (g.kg
-1
), silte (g.kg
-1
) e areia (g.kg
-1
), os
valores da condutividade elétrica aparente (CEa) em 30 cm, em 90 cm e em 150 cm,
amplitude dos refletores do GPR para 500 MHz em 10 cm, 30 cm, 90 cm e 150 cm, amplitude
dos refletores do GPR para 200 MHz em 10 cm, 30 cm, 90 cm e 150 cm, e teor de umidade
do TDR (%). A escolha destas variáveis foi devida aos coeficientes de correlação que foram
significativos dentro do intervalo de confiança, que é de 95% (nível de significância de 0,05).
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
97
Estas variáveis foram subdivididas em 3 grupos: G1 – são as propriedades físicas do
solo medidas com os sensores geofísicos: CEa (10, 30, 90 e 150 cm), amplitude dos refletores
do GPR para 500 MHz (10, 30, 90 e 150 cm), amplitude dos refletores do GPR para 200 MHz
(10, 30, 90 e 150 cm) e teor de umidade do TDR (%); G2 – são os componentes
granulométricos do solo: os teores de argila (g.kg
-1
), silte (g.kg
-1
) e areia (g.kg
-1
); e o G3 - são
as variáveis químicas: teores de Fe, Zn, Mn, Mg, Ca, Ca+Mg, Na, Al, H+Al, K, P, S, pH
(H
2
O) e pH (CaCl
2
).
Todos esses grupos de variáveis foram utilizados para fazer a análise de regressão
múltipla com o objetivo de explicar a variável de interesse, no caso, a produtividade e
encontrar um melhor modelo de regressão para cada grupo. A modelagem da produtividade
para os grupos G1, G2 e G3 foi realizada baseada em análises estatísticas de uma base de 685
amostras. Os resultados são obtidos tendo como procedimento a análise da regressão passo-a-
passo com remoção das variáveis por ordem crescente de importância (
stepwise) a um nível
de significância de 0,05, conforme descrito em DRAPER & SMITH (1998).
Supondo que X
1
, X
2
,..., X
p-1
são variáveis explanatórias, define-se o modelo de
regressão, com erros normais, em termos das variáveis explanatórias, pela seguinte expressão
SEBER (1977):
ipipiii
XXXY
ε
β
β
β
β
+
+
+++=
−− 1,122110
...
(52)
onde:
β
0
, β
1
,..., β
p-1
, são os parâmetros de estimativas, ou coeficientes;
X
i1
,..., X
ip-1
são as constantes conhecidas, as variáves químicas e/ou físicas;
ε
i
são independentes (vetor das variáveis aleatórias) com distribuição normal N(0, σ
2
),
i=1,2,...,n.
CAPÍTULO IV - AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DOS DADOS
98
Para todas as análises foram realizados testes de diagnósticos os quais conferiram
matematicamente os modelos. Os resultados para cada grupo e para a condutividade elétrica
em todas profundidades são mostrados no Capítulo V.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
99
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
5 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Este capítulo mostra a discussão dos resultados desta pesquisa e eles são divididos em três
partes: área do talhão 6, área piloto e análise de regressão múltipla para validar as interpretações
através dos estudos estatísticos.
A Seção 5.1 mostra os resultados da área correspondente ao talhão 6 e referem-se ao
mapeamento regional da condutividade elétrica, com equipamento Veris 3100, e do teor de
umidade do solo, com equipamento TDR, medido durante a colheita de grãos.
A Seção 5.2 mostra os resultados correspondentes à área piloto de 100m x 100m. Nessa
área foram empregados vários métodos geofísicos, tais como, GPR, EM38, CEC e TDR, visando
o mapeamento de detalhe das propriedades físicas do solo.
Na Seção 5.3 é mostrado o resultado da análise de regressão múltipla onde foram
determinados modelos significativos que melhor explicam a produtividade através das variáveis
físicas e químicas.
5.1 ÁREA DO TALHÃO 6
As Figuras 5.1 e 5.2 mostram os mapas da distribuição de condutividade elétrica na área
do talhão 6 nas profundidades até 30 cm e até 90 cm, respectivamente. Os valores maiores de
condutividade estão mostrados em vermelho e os valores menores em azul.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
100
812200 812400 812600 812800 813000 813200 813400
8134200
8134400
8134600
8134800
8135000
8135200
8135400
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
Escala
0 200 400 600 800
Condutividade Elétrica Aparente (mS.m-1) - 30 cm
Figura 5.1 - Mapa da distribuição da condutividade elétrica até em 30 cm de profundidade adquirido com o
equipamento Veris 3100 no talhão 6.
Observa-se que os dados evidenciam que em 30 cm de profundidade, o solo é
predominantemente condutivo e heterogêneo. Destaca-se a região a SW do talhão onde os valores
são menores e o solo mais homogêneo.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
101
812200 812400 812600 812800 813000 813200 813400
8134200
8134400
8134600
8134800
8135000
8135200
8135400
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
Escala
0 200 400 600 800
Condutividade Elétrica Aparente (mS.m-1) - 90 cm
Figura 5.2 - Mapa da distribuição da condutividade elétrica até 90 cm de profundidade adquirido com o
equipamento Veris 3100 no talhão 6.
A Figura 5.2 mostra que em 90 cm de profundidade o solo é mais homogêneo e resistivo,
embora o conceito de resistividade/condutividade seja relativo, observe que a condutividade varia
entre 1 e 7 mS.m-1. Nesta figura, os valores de condutividade elétrica definem duas áreas
distintas, igualmente identificadas na Figura 5.1. A SE do talhão 6 os valores da condutividade
elétrica são maiores ao longo de todo talhão, mostrando que esta parte é mais condutiva. Por
outro lado, na região SW o talhão é mais resistivo e não se observa variação discrepante nos
valores.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
102
A Figura 5.3 mostra o mapa de teor de umidade do talhão 6 obtido com o TDR. O solo
mais úmido está representado pela cor vermelha e o solo mais seco pela cor azul. Observa-se que
a distribuição do teor de umidade é bastante homogênea, dividindo o talhão em duas zonas
específicas. A SE do talhão ocorre a zona mais úmida (31 a 40%) e a NW ocorre a zona mais
seca (29 a 20%). Essas zonas coincidem com os valores maiores e menores de condutividade,
observadas nas Figuras 5.1 e 5.2.
812200 812400 812600 812800 813000 813200 813400
8134200
8134400
8134600
8134800
8135000
8135200
8135400
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
Teor de Umidade (%)
0 200 400 600 800
Escala
Figura 5.3 - Mapa da distribuição do teor de umidade obtido com o TDR medido no talhão 6
A Figura 5.4 mostra a distribuição dos valores de produtividade para todo o talhão 6. Os
valores de maior produtividade estão em vermelho e os valores menores em azul. É possível
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
103
identificar no talhão que as áreas de maior produtividade correspondem às áreas de maiores
valores de condutividade elétrica aparente (Figuras 5.1 e 5.2) e ao solo mais úmido (Figuras 5.3),
bem como nas áreas onde a produtividade é menor os valores de condutividade e teor de umidade
são menores.
812200 812400 812600 812800 813000 813200 813400
8134200
8134400
8134600
8134800
8135000
8135200
8135400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3300
3400
3500
3600
3700
3800
3900
4000
4100
4200
4300
4400
4500
4600
4700
4800
0 200 400 600 800
Escala
Produtividade (kg.g-1)
Figura 5.4 - Mapa da distribuição da produtividade no talhão 6.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
104
5.2 ÁREA PILOTO
GPR
A partir dos perfis de GPR obtidos com as antenas blindadas de 500 MHz e com antenas
não blindadas de 200 MHz, foi realizada uma interpolação dos perfis 2D no qual um cubo 3D foi
gerado. A partir deste, foram gerados mapas de amplitudes dos refletores (depth-slices) nas
profundidades de 10 cm, 30 cm, 90 cm e 150 cm para comparar com os valores de condutividade
elétrica e teor de umidade medidos nestas profundidades.
As Figuras 5.5, 5.6, 5.7 e 5.8 mostram os mapas gerados a partir da interpolação dos
perfis de GPR com a antena 500 MHz nas profundidades de 10 cm, 30 cm, 90 cm, e 150 cm,
respectivamente. Já as Figuras 5.9, 5.10, 5.11 e 5.12 mostram os mapas gerados a partir da
interpolação dos perfis de GPR com a antena 200 MHz nas profundidades de 10 cm, 30 cm, 90
cm, e 150 cm, respectivamente. Nessas figuras os valores baixos de amplitude de reflexão estão
mostrados em vermelho e os valores altos em azul e que refletem áreas mais condutivas e menos
condutivas, respectivamente.
A Figura 5.5 mostra os valores de amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz em
10 cm de profundidade. Pela distribuição das amplitudes observa-se que nesta profundidade o
terreno é bastante heterogêneo, pois há uma distribuição irregular das amplitudes com destaque
para as áreas em vermelho que são mais definidas e melhores delimitadas. Observa-se que no
início da área piloto tem-se uma tendência com direção SW-NE mais condutiva.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
105
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
Amplitude média 500 MHz (dB) em 10 cm
-7
5
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
b)
0204
0
60 80 10
0
Escala (m)
Figura 5.5 Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz na profundidade de 10
cm.
A Figura 5.6 mostra os valores de amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz em
30 cm de profundidade. Nesta profundidade os valores de amplitude mostram anomalias mais
localizadas, permitindo delimitar faixas de maiores e de menores valores. Observa-se no início da
área uma faixa alongada ocorrendo em toda extensão com aproximadamente 20 m de largura e
direção SW-NE. Esta feição é coincidente com a observada na Figura 5.5. Acima desta faixa,
ocorre uma faixa estreita de valores mais altos de amplitude que separa duas zonas de valores
altos que são localizadas e têm uma geometria aproximadamente circular, evidenciando pacotes
condutivos individualizados, embora elas tendem a unir-se também na direção SW-NE. Após esta
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
106
faixa, de 50 a 80 m, os valores de amplitudes são mais altos mostrando uma área mais
homogênea, mais resistiva (área em azul). Nos últimos metros da área também ocorre uma zona
anômala circular, de valores menores de amplitude.
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
0 20406080100
Escala (m)
Amplitude média 500 MHz (dB) em 30 cm
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
1
0
Figura 5.6 Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz na profundidade de 30
cm.
A Figura 5.7 mostra os valores de amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz em
90 cm de profundidade. Nesta figura observa-se que o terreno fica mais homogêneo conforme a
profundidade aumenta. As anomalias de amplitude, tanto positivas quanto negativas, são
mostradas como faixas alongadas na direção SW-NE. Os valores menores de amplitude (faixas
em vermelho) são mais definidos e são observados no início da área (de 0 a 45 m) e em uma faixa
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
107
estreita nos últimos 10 m da área. Entre estas faixas, de 45 a 90 m os valores de amplitude são
maiores, mostrando um terreno mais homogêneo e resistivo, também observada na Figura 5.6.
Observa-se também que a faixa estreita de valores mais altos de amplitude no início da área
(Figura 5.6), na Figura 5.7 ela é mais atenuada, sugerindo que o terreno fica mais condutivo
conforme a profundidade aumenta, pois a área condutiva fica mais ampla e homogênea.
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
Amplitude média 500 MHz (dB) em 90 cm
Escala (m)
0
20
40
60
80
100
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Figura 5.7 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz na profundidade de
90 cm.
A Figura 5.8 mostra os valores de amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz em
150 cm de profundidade. Esta figura deixa mais evidente as zonas anômalas identificadas na
Figura 5.7, mostrando que no início da área, nos primeiros 50 m ocorre uma predominância de
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
108
valores baixos de amplitude, bem como nos 10 m finais da área. Entre essas zonas ocorre uma
faixa mais resistiva (área azul).
Amplitude média 500 MHz (dB) em 150 cm
Amplitude média 500 MHz (dB) em 150 cm
0 20406080100
Escala (m)
812840 812860 812880 812900 812920 812940 812960
8134640
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Figura 5.8 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 500 MHz na profundidade de
150 cm.
A Figura 5.9 mostra os valores de amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz em
10 cm de profundidade. Embora haja uma distribuição irregular das amplitudes, com destaque
para as áreas em vermelho, que são circulares, verifica-se que há predominância de valores
atenuados.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
109
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Amplitude média 200 MHz (dB) em 10 cm
0 20406080100
Escala (m)
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
Figura 5.9 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz na profundidade de
10 cm.
A Figura 5.10 mostra os valores de amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz em
30 cm de profundidade. Observa-se que ocorrem anomalias circulares, irregulares e localizadas,
mas, no geral, o mapa de distribuição de amplitudes mostra valores mais atenuados, feição
também verificada na Figura 5.9.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
110
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
Amplitude média 200 MHz (dB) em 30 cm
0 20406080100
Escala (m)
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Figura 5.10 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz na profundidade de
30 cm.
A Figura 5.11 mostra os valores de amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz em
90 cm de profundidade. Duas feições destacam-se nesta figura. No início da área, em
aproximadamente 20 m, ocorrem duas anomalias circulares e individuais, em cada extremidade
da área. Em aproximadamente 75 m também ocorre nas extremidades anomalias circulares e
individuais. Pela distribuição dos valores, é possível observar que há uma tendência dessas
feições de unir-se na direção SW-NE. No restante da área os valores mais elevados de amplitude
indicam uma área mais resistiva.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
111
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
Amplitude média 200 MHz (dB) em 90 cm
0 20406080100
Escala (m)
-6
5
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
1
0
Figura 5.11 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz na profundidade de
90 cm.
A Figura 5.12 mostra os valores de amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz em
150 cm de profundidade. Nesta figura observa-se que os valores de amplitude são mais
heterogêneos. É possível localizar as feições descritas na Figura 5.11 com mais evidência. No
final da área, a feição que ocorre a 75 m aproximadamente, é alongada na direção SW-NE
ocorrendo em toda extensão da área, mostrando que o solo torna-se mais condutivo a maiores
profundidades.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
112
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
0 20406080100
Escala (m)
Amplitude média 200 MHz (dB) em 150 cm
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
Figura 5.12 - Mapa da distribuição da amplitude média dos refletores GPR de 200 MHz na profundidade de
150 cm.
A Figura 5.13 mostra um perfil GPR 2D sobre a Linha 1 obtido com as antenas de 50,
100, 200 e 500 MHz. O objetivo deste perfil é obter uma caracterização geofísica mais profunda
do subsolo e determinar a profundidade do lençol freático dentro da área piloto. A interpretação
deste perfil está mostrada na Figura 5.14.
A Figura 5.14a mostra o perfil obtido com as antenas de 500 MHz. Observa-se que o sinal
penetrou até 2,5 m de profundidade. Nos primeiros 30 m do perfil, os refletores estão com
maiores amplitudes até 2 m de profundidade e variam lateralmente; a partir da posição de 30 m
até o final do perfil, as reflexões são mais fracas, evidenciando uma zona onde o solo é mais
condutivo, i.e., ocorre uma maior atenuação do sinal GPR.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
113
Na Figura 5.14b a profundidade de penetração alcançada foi 5 m. Nesta figura fica mais
evidente a variação lateral da condutividade do solo. De 0 a 32 m do perfil observa-se uma zona
de reflexões fortes, variando de cerca de 0,5 até 3 m de profundidade. De 32 m até o final do
perfil, pode-se observar um aumento na atenuação do sinal do radar, ou seja, as reflexões são
mais fracas devido a maior condutividade do terreno. Por outro lado, a região entre as posições de
50 a 70 m mostra reflexões fortes.
Com as antenas de 100 MHz (Figura 5.14c) observa-se uma penetração de até 9 m de
profundidade. Note que a partir de 6,5 m de profundidade observa-se em toda a extensão do
perfil, um nítido e forte refletor irregular que é interpretado como uma camada de concreções
lateríticas com argila, bastante rica em óxido de ferro. Esta interpretação foi baseada nas
informações geológicas locais e furos de sondagens realizados na área. Acima deste refletor nota-
se duas zonas de reflexões mais fortes que mostram a heterogeneidade do solo.
A Figura 5.14d mostra o perfil obtido com as antenas de 50 MHz onde observa-se que o
sinal penetrou até 12 m de profundidade. Ao longo de todo o perfil observa-se uma forte
atenuação das reflexões do radar mostrando uma zona mais condutora. Note que esta região é
mais espessa a partir da posição de 50 m. O forte refletor irregular correspondente à camada de
concreções lateríticas com argila também é identificado. Abaixo deste refletor, em torno de 9 m
de profundidade, ocorre um forte refletor horizontal paralelo à superfície, estando relacionado
com o topo do lençol freático.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
114
Figura 5.13 - Perfis GPR sobre a Linha 1 sem interpretação. a) antena blindada de 500 MHz; b) antena não
blindada de 200 MHz; c) antena blindada de 100 MHz e d) antenas não blindadas de 50 MHz.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
115
Figura 5.14 - Perfis GPR sobre a Linha 1 interpretados. a) antena blindada de 500 MHz; b) antena não
blindada de 200 MHz; c) antena blindada de 100 MHz e d) antenas não blindadas de 50 MHz.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
116
TDR
Na Figura 5.15 observa-se a distribuição do conteúdo volumétrico de água na área piloto
obtido com o sensor TDR. Valores de solo mais úmido são representados pela cor vermelha
(36%) e valores de solo mais seco são mostrados pela cor azul (22%). Verifica-se que a área é
bastante heterogênea, com uma predominância de valores mais elevados (de 30 a 36%). Nos
primeiros 60 m da área, ocorrem faixas alongadas intercaladas de variação do teor de umidade
que se estende por toda área na direção de SW-NE. De 0 a 20 m e em aproximadamente de 45 a
60 m da área ocorrem faixas de valores mais elevados em toda extensão. Após 60 m, os valores
mostram uma feição mais irregularmente distribuída. Entre essas faixas de valores altos ocorrem
faixas de valores baixos, destacando de 20 a 35 m (faixa azul), alongada com direção SW-NE,
ocorrendo em toda extensão da área e de 60 a 70 m, aproximadamente. Essas feições estão
concordantes com as principais feições identificadas nas Figuras 5.5, 5.6, 5.7 e 5.8, onde valores
mais elevados de amplitude correspondem às áreas mais secas e menores valores de amplitude às
áreas mais úmidas.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
117
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Teor de Umidade (%)
0 20406080100
Escala (m)
Figura 5.15 - Mapa da distribuição do teor de umidade do solo na profundidade de 10 cm adquirido com
sensor TDR.
CEC
A Figura 5.16 mostra o mapa de distribuição da condutividade elétrica no solo em 30 cm
de profundidade. Verifica-se que a condutividade é bastante heterogênea e não se observa um
padrão único na área. Os valores de condutividade elétrica mais elevados são representados pela
cor vermelha e os valores menores pela cor azul. Destacam-se as zonas de valores mais elevados
de condutividade elétrica aparente (variando de 7,5 a 9 mS.m
-1
) e estas são coincidente com as
áreas mais úmidas identificadas na Figura 5.15, bem como com as área de amplitude mais baixa
identificada na Figura 5.5.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
118
Escala (m)
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
Condutividade Elétrica Aparente (mS.m-1) - 30 cm
0 20406080100
Figura 5.16 - Mapa da distribuição da condutividade elétrica aparente (CEa) na profundidade de 30 cm
adquirido com sensor Veris 3100.
A Figura 5.17 mostra o mapa de distribuição da condutividade elétrica no solo na
profundidade de 90 cm. Verifica-se que nesta profundidade os valores de condutividade aparente
mostram valores mais homogêneos, representados, em toda área, pelo valor em média de 4.5
mS.m
-1
. Destacam-se as zonas de valores mais baixos de condutividade, mostrado pela cor azul,
que variam de 1.5 a 3.5 mS.m
-1
. A homogeneidade aqui observada é também identificada na
Figura 5.7, que mostra a predominância de valores indicativos de um solo mais resistivo.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
119
Condutividade Elétrica Aparente (mS.m-1) - 90 cm
0 20406080100
Escala (m)
812840 812860 812880 812900 812920 812940
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
Figura 5.17 - Mapa da distribuição da condutividade elétrica aparente (CEa) na profundidade de 90 cm
adquirido com sensor Veris 3100.
EM38
A Figura 5.18 mostra o mapa de distribuição da condutividade elétrica no solo na
profundidade de 150 cm obtido com o EM38. A distribuição da condutividade elétrica mostra que
a área é mais condutiva destacado as zonas que abrange até aproximadamente 70 m da área, com
valores de condutividade elétrica variando de 7.8 a 10 mS.m
-1
. Essas zonas são correspondente a
zonas de baixa amplitude dos mapas das Figuras 5.5, 5.6, 5.7 e 5.8. No início da área, observa-se
uma faixa alongada de valores baixos de condutividade, coincidindo com o refletor de alta
amplitude observado nos mapas de amplitude média de 500 MHz, como também no mapa de teor
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
120
de umidade (Figura 5.15) que mostra uma zona mais seca, embora não seja verificado em toda
extensão. Após 70 m, destacam-se duas zonas, uma marcada pela cor azul, mais larga, alongada,
de valores baixos de condutividade e outra marcada pelas cores amarela e verde, mostrando que
nos 10 m finais da área a condutividade aumenta.
Escala (m)
0 20406080100
812840 812860 812880 812900 812920 812940 812960
8134640
8134660
8134680
8134700
8134720
8134740
8134760
5.8
6.3
6.8
7.3
7.8
8.3
8.8
9.3
9.8
Condutividade Elétrica Aparente (mS.m-1) - 150 cm
Figura 5.18 - Mapa da distribuição da condutividade elétrica aparente (CEa) na profundidade de 150 cm
adquirido com sensor EM38.
Analisando os resultados na área piloto verifica-se que os resultados de GPR, TDR, EM38
e CEC (Veris 3100) mostraram uma boa concordância entre si e permitiu identificar regiões
anômalas em termos condutividade elétrica do solo para uso em agricultura de precisão. As
regiões mais resistivas coincidem com as regiões mais secas (i.e., maior amplitude das reflexões
do GPR e baixo teor de umidade do TDR) e as regiões mais condutivas coincidem com as regiões
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
121
mais úmidas (i.e., menor amplitude do GPR e elevado teor de umidade do TDR). Os mapas de
GPR com antena de 500 MHz mostraram os melhores resultados, pois foi possível relacioná-los
com os resultados de condutividade elétrica e de teor de umidade.
Os perfis 2D de GPR mostraram que conforme a profundidade aumenta, o solo torna-se
mais condutivo, como observado nos slices dos mapas de distribuição de amplitudes. Com as
antenas de baixas freqüências (50 e 100 MHz) foi possível determinar um forte refletor
correspondente à uma camada de crosta laterítica que está relacionada com a formação da
Formação Cachoeirinha e a profundidade do lençol freático. Estas interpretações foram feitas
com base em informações da geologia local e de poços de monitoramento presentes próximos à
área de estudo.
5.3 RESULTADOS DA ANÁLISE DE PRODUTIVIDADE
Para todas as análises foram realizados testes de diagnósticos os quais conferiram
matematicamente os modelos. Os resultados para cada grupo são mostrados a seguir.
Grupo 1
Após os testes de diagnósticos determinou-se que as variáveis que mais contribuem para o
aumento da produtividade são: a condutividade elétrica proveniente do EM38 e o teor de
umidade proveniente do TDR. Uma transformação logarítmica das variáveis explanatórias foi
realizada visando obter a homogeneidade nos erros conforme apresentado na Figura 5.19. O
modelo mais representativo é dado por:
()
) UmidadedeTeor (log094,0 cm 150 CEalog087,358
ˆ
+=
i
Y
(53)
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
122
onde
i
Y
ˆ
é a produtividade estimada; e 358,087 e 0,094 são os coeficientes das variáveis
significativas, CEa (150cm) e Teor de Umidade, respectivamente.
A Figura 5.19 mostra os Gráficos de diagnóstico do modelo (eq. 53). Este modelo tem um
coeficiente de determinação de R
2
= 0,9983, explicando 99,92% da variabilidade da
produtividade. Observa-se que os supostos do modelo estão garantidos, observando que os
resíduos do modelo são simétricos e apresentam uma distribuição normal, não estão
correlacionados (estatística de Durrbin-Watson igual a 2,19)
e não há presença de
heterogeneidade pelo gráfico dos resíduos versus estimados.
Figura 5.19 - Gráficos de diagnóstico da modelagem do grupo 1. a) normalidade; b) histograma de resíduos;
c) homogeneidade e d) resíduos dos erros.
Grupo 2
O modelo mais representativo dos componentes granulométricos do solo, os teores de
argila (g.kg
-1
), silte (g.kg
-1
) e areia (g.kg
-1
), é dado por:
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
123
silte3,75 argila452,2areia083,4
ˆ
++=
i
Y
(54)
onde
i
Y
ˆ
é a produtividade estimada; e 4,083, 2,452 e 3,75 são os coeficientes das variáveis
significativas, areia, argila e silte, respectivamente.
A Figura 5.20 mostra os Gráficos de diagnóstico do modelo (eq. 54). Este modelo tem um
coeficiente de determinação de R
2
= 0.998, explicando 99,89% da variabilidade da produtividade.
Observa-se que os supostos do modelo estão garantidos. Os resíduos do modelo são simétricos e
apresentam uma distribuição normal e não estão correlacionados, fato que é comprovado pela
estatística de Durrbin-Watson (2,57). Os erros são homocedásticos
9
ao longo do estudo.
Grupo 3
O modelo mais representativo das propriedades químicas do solo é expresso como:
Fe 333,24 )(CaCl pH 386,70Cu 86,1524O)(H pH141
ˆ
22
+++=
i
Y
(55)
onde
i
Y
ˆ
é a produtividade estimada; 141, 1524,86, 386,70 e 333,24 são os coeficientes das
variáveis significativas, valor de pH (H
2
0), teor de Cu, valor de pH (CaCl
2
) e teor de Fe,
respectivamente.
9
Erros homocedásticos significa que a variabilidade dos resíduos do modelo para toda área é constante.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
124
Figura 5.20 - Gráficos de diagnóstico da modelagem do grupo 2. a) normalidade; b) histograma de resíduos;
c) homogeneidade e d) resíduos dos erros.
A Figura 5.21 mostra os Gráficos de diagnóstico do modelo (eq. 55). Este modelo tem um
coeficiente de determinação de R
2
=0,9994, explicando 99,97% da variabilidade da
produtividade. Observa-se que são cumpridos os supostos do modelo. Os resíduos são simétricos
apresentando uma distribuição normal e não estão correlacionados (Durrbin-Watson igual a
1,59). Os erros são homocedásticos ao longo do estudo.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
125
Figura 5.21 - Gráficos de diagnóstico da modelagem do grupo 2. a) normalidade; b) histograma de resíduos;
c) homogeneidade e d) resíduos dos erros.
5.4 RESULTADOS DA ANÁLISE DA CONDUTIVIDADE
Para todas as análises foram realizados testes de diagnósticos os quais conferiram
estatisticamente os modelos. Os resultados estimados para a condutividade em 30 cm, em 90 cm
e em 150 cm são mostrados a seguir.
Após os testes de diagnósticos determinou-se que as variáveis que mais contribuem para o
aumento da condutividade elétrica em 30 cm são: pH CaCl
2
, teor de Fe e teor de H+Al. O modelo
mais representativo é dado por:
AlH0,146Fe16,1 CaClpH13,1
ˆ
2
+++=
i
Y
(56)
onde
i
Y
ˆ
é a condutividade estimada em 30 cm; e 1,13, 1,16 e 0,146 são os coeficientes das
variáveis significativas, pH CaCl
2
, teor de Fe e teor de H+Al, respectivamente.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
126
A Figura 5.22 mostra os Gráficos de diagnóstico do modelo (eq. 56). Este modelo tem um
coeficiente de determinação de R
2
= 0,9830 explicando 99,16% da variabilidade da
condutividade em 30 cm. Observa-se que os supostos do modelo estão garantidos, observando
que os resíduos do modelo são simétricos e apresentam uma distribuição normal, não estão
correlacionados (estatística de Durrbin-Watson igual a 1,93)
e não há presença de
heterogeneidade pelo gráfico dos resíduos versus estimados.
Figura 5.22 - Gráficos de diagnóstico da modelagem para a condutividade em 30 cm. a) normalidade; b)
histograma de resíduos; c) homogeneidade e d) resíduos dos erros.
O modelo mais representativo para explicar a condutividade elétrica em 90 cm é
determinado pelas seguintes variáveis: pH CaCl
2
, areia e teor de Fe (eq 57).
Fe0,113areia00404,0 CaClpH428,0
ˆ
2
−+=
i
Y
(57)
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
127
onde
i
Y
ˆ
é a condutividade elétrica estimada em 90 cm; e 0,428, 0,00404 e 0,113 são os
coeficientes das variáveis significativas, pH CaCl
2
, areia e teor de Fe, respectivamente.
A Figura 5.23 mostra os Gráficos de diagnóstico do modelo (eq. 57). Este modelo tem um
coeficiente de determinação de R
2
= 0,9855 explicando 99,27% da variabilidade da
condutividade elétrica em 90 cm. Observa-se que os supostos do modelo estão garantidos,
observando que os resíduos do modelo são simétricos e apresentam uma distribuição normal, não
estão correlacionados (estatística de Durrbin-Watson igual a 2,07)
e não há presença de
heterogeneidade pelo gráfico dos resíduos versus estimados.
Figura 5.23 - Gráficos de diagnóstico da modelagem para a condutividade em 90 cm. a) normalidade; b)
histograma de resíduos; c) homogeneidade e d) resíduos dos erros.
O modelo mais representativo para explicar a condutividade elétrica em 150 cm é
determinado pelas seguintes variáveis: valor de pH CaCl
2
, teor de H+Al, valor de pH H
2
O e teor
de umidade (eq 58):
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
128
umidade deteor 0.01350HpH0.318AlH0.131 CaClpH0.829
ˆ
22
++++=
i
Y
(58)
onde
i
Y
ˆ
é a condutividade elétrica estimada em 150 cm; e 0,829, 0,131, 0,318 e 0,0135 são os
coeficientes das variáveis significativas, valor de pH CaCl
2
, teor de H+Al, valor de pH H
2
O e
teor de umidade, respectivamente.
A Figura 5.24 mostra os Gráficos de diagnóstico do modelo (eq. 58). Este modelo tem um
coeficiente de determinação de R
2
= 0,9965 explicando 99,82% da variabilidade da
condutividade elétrica em 150 cm. Os supostos do modelo estão garantidos, observando que os
resíduos do modelo são simétricos e apresentam uma distribuição normal, não estão
correlacionados (estatística de Durrbin-Watson igual a 1,96)
e não há presença de
heterogeneidade pelo gráfico dos resíduos versus estimados.
Figura 5.24 - Gráficos de diagnóstico da modelagem para a condutividade em 150 cm. a) normalidade; b)
histograma de resíduos; c) homogeneidade e d) resíduos dos erros.
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
129
Os resultados obtidos através da modelagem mostram que as variáveis físicas e químicas
do solo explicam com um alto coeficiente de determinação à produtividade e os modelos
propostos sendo significativos, mostrados pela análise comprobatória dos supostos dos modelos.
A análise da regressão múltipla mostrou que o melhor ajuste para a produtividade no
primeiro grupo de variáveis é melhor expressado pelas seguintes variáveis: CEa (mS.m
-1
) (150
cm) e Teor de umidade (%) com coeficiente de determinação (R
2
= 0,9983) com 99,92% de
explicação do modelo. Já para o segundo grupo, a análise mostrou que o melhor ajuste é dado
pelos três componentes do grupo (Teor de areia (g.kg
-1
), Teor de argila (g.kg
-1
) e Teor de silte
(g.kg
-1
)) com coeficiente de determinação (R
2
= 0,9978), explicando 99,89% o modelo. No
terceiro grupo de variáveis, a produtividade é melhor explicada por quatro variáveis, que são: pH
(H
2
O), Teor de Cu, pH (CaCl
2
) e Teor de Fe com coeficiente de determinação (R
2
= 0,9994)
explicando 99,97 % o modelo. Todos os modelos são válidos a 95% de confiança caracterizados
pelas propriedades físicas e químicas da área de estudo.
Os valores de condutividade elétrica em 30 e 90 cm e os valores de amplitude do GPR
tanto para 500 MHz e de 200 MHz, não contribuem significativamente para explicar a
produtividade de grãos. Estas variáveis ao serem inseridas no modelo ou apresentavam baixo
valor de coeficiente de determinação ou não cumpria os supostos para modelagem, mostrados
pelos gráficos de diagnósticos. Embora possa ser verificado em todo talhão 06 que a área mais
condutiva sugere áreas de maior produtividade, o fato de que o valor de condutividade medida
em profundidades maiores ter maior contribuição para o modelo pode ser porque o solo foi arado
nos dias próximos à etapa de aquisição de dados, o que pôde ter perturbado as suas características
físicas nas profundidades mais rasas enquanto que em profundidades maiores as características
do solo tenham sido mantidas. Desta forma, como a área piloto é relativamente uma área
CAPÍTULO V – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
130
pequena, os dados não determinaram a variabilidade da área que foi possível identificar
estudando uma área maior, como a do talhão 6.
Com os perfis GPR foi possível identificar as zonas mais condutoras que podem estar
relacionadas com as áreas mais ricas em nutrientes e/ou com áreas de maior concentração de
elementos químicos. Além disso, permitiu determinar uma camada de crosta laterítica e a
profundidade do topo do lençol freático na área de estudos.
Nota-se que tanto pelas propriedades químicas, quanto pelas propriedades físicas pode-se
explicar a produtividade com alto grau de determinação (R
2
= 0,9983, 0,9978 e 0,9994).
Importante observar o coeficiente de determinação do grupo 1 que tem valor equivalente ao
determinado pelos grupos 2 e 3, viabilizando a aplicação de sensores geofísicos para mapear a
condutividade (EM38) e a umidade do meio (TDR). Este fato é importante ao agricultor, pois a
geofísica permite medir a condutividade elétrica e a umidade do solo in situ e de maneira não
destrutiva.
Na análise da condutividade elétrica verificou-se que as variáveis que contribuíram para o
valor medido em 30 cm foram pH CaCl
2
, teor de Fe e teor de H+Al, com coeficiente de
determinação (R
2
= 0,9830), explicando 99,16% o modelo. Para o valor medido em 90 cm as
variáveis que contribuíram para explicar o valor de condutividade foram pH CaCl
2
, areia e teor
de Fe com coeficiente de determinação (R
2
= 0,9855) explicando 99,27%. Já no valor da
condutividade elétrica medida em 150 cm foram 4 variáveis mais significativas, valor de pH
CaCl
2
, teor de H+Al, valor de pH H
2
O e o teor de umidade, com um coeficiente de determinação
(R
2
= 0,9965) explicando 99,82% o modelo.
.
CAPÍTULO VI – CONCLUSÕES
131
CAPÍTULO VI – CONCLUSÕES
6 CONCLUSÕES
Os resultados para os levantamentos da condutividade elétrica realizados em toda área
do talhão 6 mostram que o solo é predominantemente condutivo embora heterogêneo com
destaque para a região a SW do talhão onde os valores mostram essa região mais resistiva e o
solo mais homogêneo. No estudo do teor de umidade, as áreas mais úmidas são coincidentes
com áreas mais condutivas. Verificou-se que as áreas de maior produtividade correspondem
às áreas de maiores valores de condutividade elétrica aparente e ao solo mais úmido, bem
como nas áreas onde a produtividade é menor os valores de condutividade e teor de umidade
são menores. Esta caracterização é muito importante e valiosa ao produtor, pois áreas mais
úmidas e condutivas podem representar áreas mais adubadas, i.e, mais férteis.
Os resultados do GPR adquiridos com antenas blindadas de 500 MHz mostraram
melhores resultados. Com eles foi possível identificar zonas mais resistoras e condutoras até a
profundidade de 150 cm.
Os resultados adquiridos com os perfis de TDR mostraram a distribuição do teor de
umidade em 10 cm de profundidade para toda área, identificando zonas mais secas e mais
úmidas, com predominância de áreas mais úmidas.
Os resultados do CEC em 30 cm mostraram uma área heterogênea, com
predominância de valores maiores de condutividade elétrica. Em 90 cm, os resultados
mostram que a condutividade elétrica diminui indicando áreas mais resistoras e um solo mais
homogêneo.
Os resultados adquiridos com EM38 mostram que na profundidade de 150 cm o solo é
mais condutivo, principalmente observado no início da área.
CAPÍTULO VI – CONCLUSÕES
132
Os resultados encontrados na área piloto mostraram uma boa concordância entre si e
permitiu identificar regiões anômalas em termos condutividade elétrica do solo para uso em
agricultura de precisão. As regiões mais resistivas coincidem com as regiões mais secas (i.e.,
maior amplitude das reflexões do GPR e baixo teor de umidade do TDR) e as regiões mais
condutivas coincidem com as regiões mais úmidas (i.e., menor amplitude do GPR e elevado
teor de umidade do TDR). Desta forma os mapas de distribuição de amplitudes do GPR de
500 MHz permitiu identificar zonas mais e condutoras que podem estar relacionadas com as
áreas mais ricas em nutrientes e/ou com áreas de maior concentração de elementos químicos.
Os perfis 2D de GPR mostraram que conforme a profundidade aumenta, o solo torna-
se mais condutivo como observado nos
slices dos mapas de distribuição de amplitudes. Um
forte refletor foi identificado e corresponde à camada de crosta laterítica que ocorre em 6,5 m
a 8 m de profundidade. A origem desta unidade está relacionada com a formação da
Formação Cachoeirinha caracterizada por grandes processos de peneplanização e laterização.
Abaixo desta camada foi possível identificar o topo do nível do lençol freático, por volta de
9,5 m.
Os resultados obtidos através da modelagem mostram que as variáveis físicas e
químicas do solo explicam com um alto coeficiente de determinação à produtividade e os
modelos propostos sendo significativos, mostrados pela análise comprobatória dos supostos
dos modelos. Nota-se que tanto pelas propriedades químicas, quanto pelas propriedades
físicas pode-se explicar a produtividade com alto grau de determinação. O valor de
coeficiente de determinação do grupo 1 foi equivalente ao determinado pelos grupos 2 e 3,
viabilizando a aplicação de sensores geofísicos para mapear a condutividade (EM38) e a
umidade do meio (TDR). Este fato é importante ao agricultor, pois a geofísica permite medir a
condutividade elétrica e a umidade do solo
in situ e de maneira não destrutiva.
CAPÍTULO VI – CONCLUSÕES
133
Os elementos químicos, valor de pH CaCl
2
, teor de Fe e teor de H+Al melhor
explicaram o valor da condutividade elétrica em 30 cm. Para o valor da condutividade elétrica
em 90 cm, as variáveis que melhor contribuíram para explicar o seu valor foram pH CaCl
2
,
teor de areia e teor de Fe. O valor da condutividade em 150 cm é melhor explicado pelas
variáveis pH CaCl
2
, teor de H+Al, valor de pH H
2
O e teor de umidade. No mapa de
distribuição de condutividade elétrica em 90 cm pode-se observar que os valores de
condutividade elétrica são mais baixos, ou seja, a área é mais resistiva e isto é comprovado
pelo modelo onde o teor de areia foi significativo, sendo a areia um material resistivo.
A associação de técnicas de amostragem, metodologia geofísica e metodologia
estatística tornam-se ferramentas importantes e indispensáveis para o estudo da produtividade
de uma cultura agrícola, pois através desses estudos integrados é possível determinar e inferir
o uso mais eficaz de corretivos de solo e irrigação. Para tanto, recomenda-se não só um estudo
de reconhecimento, como também um estudo periódico que compreende etapas após a
adubação e após a colheita, que permitiria identificar e caracterizar por etapas de colheita a
real variabilidade do terreno, estimando a produtividade futura e direcionando a adubação do
solo, permitindo assim o aumento na produtividade de grãos e a otimização dos custos no
processo de cultivo.
134
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139
ANEXO
Propriedades dos variogramas modelados
variável variância
espacial
efeito
pepita
patamar alcance
(amplitude)
modelo direção
Fe 0,27 0,04 0,31 64,34 gaussiano 45º
Zn 0,28 0,72 1,00 55,68 esférico 45º
Mn 0,34 0,04 0,38 52,00 esférico 45º
Mg 0,60 0,50 1,10 64,20 esférico 45º
Ca 0,30 0,20 0,50 48,84 esférico 45º
Ca+Mg 0,36 0,39 0,75 42,89 esférico 45º
Na 0,55 0,50 1,05 64,40 gaussiano 135º
Al 0,04 0,02 0,06 42,00 exponencial 45º
H+Al 0,44 0,16 0,60 42,89 esférico 45º
K 0,92 0,28 1,20 70,00 exponencial 135º
P 0,40 0,70 1,10 80,00 gaussiano 36º
S 0,27 0,67 0,94 50,00 esférico 45º
pH (H
2
O) 0,65 0,15 0,80 64,40 esférico 45º
pH (CaCl
2
) 0,50 0,21 0,71 74,00 exponencial 45º
argila 0,48 0,66 1,14 73,19 gaussiano 90º
silte 0,30 0,70 1,00 50,00 esférico 45º
areia 0,46 0,61 1,07 64,20 gaussiano 45º
CEa
*
(30 cm) 1,80 0,50 2,30 23,27 exponencial 45º
CEa (90 cm) 0,66 1,34 2,00 7,80 esférico 45º
CEa (150 cm) 0,85 0,05 0,90 10,50 gaussiano 90º
AM
**
200
MHz (10 cm)
0,52 0,10 0,62 24,38 gaussiano 90º
AM 200 MHz
(30 cm)
0,41 0,34 0,75 24,58 exponencial 135º
AM 200 MHz
(90 cm)
0,36 0,32 0,68 20,00 gaussiano 90º
AM 200 MHz
(150 cm)
0,55 0,20 0,75 24,38 gaussiano 90º
AM 500 MHz
(10 cm)
0,80 0,05 0,85 20,00 gaussiano 90º
AM 500 MHz
(30 cm)
0,83 0,05 0,88 16,25 gaussiano 90º
AM 500 MHz
(90 cm)
0,73 0,15 0,88 20,00 esférico 90º
AM 500 MHz
(150 cm)
0,78 0,05 0,83 20,00 esférico 90º
teor de
umidade
0,55 0,40 0,95 25,5 esférico 135º
ANEXO 1 – Valores dos parâmetros de cada variograma modelado das variáveis
estudadas
* CEa – Condutividade elétrica aparente
** AM – Amplitude Média
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