Um simples teste de campo para avaliação da capacidade de infiltração e comportamento hidrodinâmico de horizontes pedológicos superficiais 1

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1 Um simples teste de campo para avaliação da capacidade de infiltração e comportamento hidrodinâmico de horizontes pedológicos superficiais 1 Pedro Luiz de Freitas 2 Para realizar um bom diagnóstico do risco de escorrimento superficial e de erosão é conveniente de observar o funcionamento hídrico durante a estação de chuvas ou, no mínimo, de testar a capacidade de infiltração de água dos solos submetidos a diferentes sistemas de manejo. O método de cilindro único aqui descrito, caracterizado pela simplicidade e baixo custo, permite de classificar os horizontes pedológicos do solo segundo sua capacidade de infiltração, porosidade e reserva de água útil, assim como de visualizar a forma de molhamento do solo. O diagnóstico da erosão exige uma boa compreensão do comportamento hidrodinâmico dos solos, em particular a identificação do processo de escorrimento superficial, da capacidade de infiltração dos horizontes superficiais submetidos à diferentes sistemas de uso e de manejo e da permeabilidade dos horizontes subsuperficiais. Para avaliar rapidamente no campo existem vários métodos propostos. A simulação de chuva em pequenas parcelas identifica a origem do escorrimento e a dinâmica da superfície do solo, mas é limitada pelo custo do equipamento, o consumo de água e a demanda de mão-de-obra. O método dos duplos anéis fornece dados interessantes sobre a infiltração de água sob irrigação por inundação. No entanto, consome muito tempo e água e é limitado a declividades abaixo de 5%. Os métodos de medição da permeabilidade em furos no solo (método Porchet ou Guelph) têm interesse hidrogeológico, mas não indica o efeito do manejo do solo nos horizontes superficiais. O método do cilindro único proposto por Roose et al. ( ) exige pouco material, pouca água e pouco tempo de observação, permitindo uma série de repetições com maior confiabilidade. O método é bastante sensível a condição estrutural do solo (rugosidade, atividade biológica, cobertura vegetal, umidade, fissuração, porosidade e agregação) e permite que, se o solo estiver seco, examinar a permeabilidade relativa dos horizontes subsuperficiais, a forma da frente de molhamento e os riscos de drenagem lateral. Permite ainda, pelo mesmo teste, determinar a densidade do solo em cada horizonte, sua umidade de saturação da porosidade funcional, a reserva hídrica na capacidade de campo e, eventualmente, sua porosidade, pela determinação da densidade de partículas. Pela determinação da umidade critica para as culturas (ponto de murcha permanente), permite o calculo da reserva útil para as culturas. Se trata de um método comparativo que permite de classificar solos, os horizontes e as condições estruturais em função de sua capacidade de infiltração e do estoque hídrico. Material : Cilindro de 10 cm de diâmetro e 15 cm de altura (pode ser utilizado tubo de PVC de baixa pressão), com um bisel na parte inferior. Régua de, no mínimo, 15 cm, com leituras de, no mínimo, 0,5 cm. Papel de filtro de vazão rápida ou plástico suficiente para proteger o interior do cilindro durante o enchimento. Cronômetro Duas vasilhas com 500 cm 3 de água. 1 Texto baseado na publicação de Roose, E.; Blancaneaux, Ph.; Freitas, P.L.de. Un simple test de terrain pour évaluer la capacité d'infiltration et le comportement hydrodynamique des horizons pédologiques superficiels: méthode et exemples. Cahiers Orstom, Série Pédologie (Spécial érosion:réhabilitation des sols), Paris, vol. XXVIII, n. 2: Eng.-Agrônomo, Ph.D. Ciência do Solo, Pesquisador da Embrapa Solos Rio de Janeiro, pedro.freitas@embrapa.br

2 Ferramentas para escavação. Papel e caneta para anotações. Método: 1. Escolher uma área representativa da superfície do solo, se possível em um período seco, após, no mínimo, cinco dias sem chuvas ou irrigação; 2. Enterrar o cilindro entre 2 a 3 cm perturbando o mínimo possível a superfície do solo os resíduos e raízes superficiais devem ser cortados do lado externo do cilindro com a ajuda de uma faca e o processo pode ser facilitado com ajuda de uma pisceta, umedecendo as paredes do cilindro; 3. Vedar a parte externa do cilindro, em contato com o solo, com ajuda de terra fina, umedecida e compactada, a fim de evitar vazamentos superficiais; 4. Ajustar o papel de filtro ao fundo do cilindro para evitar a água, ao ser colocada, deturpe a superfície do solo um plástico, que será retirado no inicio do teste, também pode ser utilizado, com cuidado; 5. Ajustar a régua à parede do cilindro, acima do papel de filtro ou, no caso de uso de plástico, entre o plástico e a parece interna do cilindro; 6. Colocar a água com cuidado, evitando o máximo deturpar a superfície do solo e a cobertura vegetal (palhada), até chegar a uma altura mínima de 5 cm e, se utilizar o plástico, retirar lentamente, sem causar deturpação no solo ou palhada; 7. Preparar o cronômetro e fazer a leitura inicial (To) quando a altura da água chegar na marca de 5 cm da régua; 8. Anotar o tempo de passagem do nível da água a cada 0,5 cm, até que toda a água tenha infiltrado (leitura de tempo com nível de 0 cm); 9. Repetir os passos 6 a 8, caso esteja utilizando papel de filtro, ou, colocar a água no cilindro com a proteção do plástico; 10. Quando toda a água se infiltrou, retirar o cilindro e o papel de filtro (se for o caso); 11. Coletar rapidamente, com ajuda de uma colher ou espátula, uma amostra de solo deturpada para determinação de umidade máxima para determinação da porosidade eficaz para a circulação de água) ou coletar um cilindro de volume conhecido para determinação de umidade máxima e a densidade do solo; 12. Em área próxima, coletar uma amostra deformada do solo para determinação da umidade inicial 13. Abrir uma minitrincheira a partir do diâmetro do cilindro para exame da mancha formada pela água infiltrada no solo. Observar e desenhar a forma, profundidade e largura da mancha (cavar com uma pá de corte e completar com uma faca até que toda a mancha esteja aparente). A largura deve ser determinada a cada 5 cm para calculo de um diâmetro médio da frente de molhamento; 14. Proteger a frente de molhamento com um plástico preto, isolante contra a evaporação e a chuva e realizar nova amostragem deturpada ou com um cilindro de volume conhecido após 24 horas do teste; A sensibilidade do teste é tal que bastam cinco repetições. As repetição de determinações um uma trincheira em escada permite a determinação do funcionamento hídrico de cada horizonte pedológico descrito. INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS Forma da frente de molhamento Em solos arenosos e muito permeáveis, a frente de molhamento terá a forma cilíndrica. Em solos argilosos, a forma será de balão, com maior expansão lateral à medida que aumenta a sucção lateral do solo nos horizontes superficiais. No caso de solos com impedimento mecânico à infiltração de água, a frente de molhamento terá uma forte expansão lateral, mostrando claramente a profundidade do inicio da compactação.

3 Em solos com forte diferença de permeabilidade entre o horizonte superficial (mais permeável) e subsuperficial (pouco permeável), a forma da mancha de molhamento terá a forma de um cogumelo invertido. Em terrenos com alguma declividade, a mancha tenderá a ser maior no sentido da drenagem lateral. Forma da frente de umedecimento em função das características hidrodinâmicas dos horizontes do solo: a) solo de características arenosas, permeável; b) solo argiloso com porosidade fina; c) solo pouco permeável, compactado; d) horizonte permeável sobre um horizonte subsuperficial pouco poroso com tendência à drenagem obliqua. Velocidade média de infiltração (VI M ) De forma geral, o tempo de infiltração de uma lâmina de 50 mm varia de 1 a 60 minutos em função da condição estrutural, da umidade inicial, da fissuração e da estabilidade da estrutura. Em solos instáveis, a capacidade de infiltração diminui fortemente após um primeiro teste com solo seco. A velocidade média de infiltração é determinada tendo como base a soma de tempo de duas lâminas de 50 mm (total de 100 mm). Velocidade final de infiltração (VI F ) Para determinar a capacidade de infiltração em solo saturado, são realizados dois testes com duas lâminas de 50 mm, evitando perdas laterais de água. A velocidade final de infiltração é determinada quando sob a segunda lâmina d água, quando a frente de umedecimento ultrapassa a profundidade de 12 a 30 cm e a lâmina d água é inferior a 15 mm. Observando graficamente a dinâmica de infiltração (com o tempo no eixo horizontal e a altura da lâmina d água no vertical), temos duas formas básicas: - em solos arenosos ou estáveis temos duas retas de pendente variável, dependendo da umidade inicial do solo; - em solos argilosos ou instáveis, temos uma reta que tende a ser tangente ao eixo dos tempos. A infiltração final é estimada considerando as ultimas leituras do segundo teste de infiltração, onde as curvas se aproximam de uma reta, sem inflexões. Correção em função do volume da frente de molhamento Teoricamente, deveríamos ter uma frente de molhamento cilíndrica, com o mesmo diâmetro do cilindro, considerando que simulamos a infiltração de uma lâmina d água que incide sobre todo o terreno (ou seja, um número infinito de cilindros colocados lado a lado). Como a medida é feita com um só cilindro, temos que desconsiderar a infiltração lateral, que faz com que o raio médio da frente de molhamento (R) exceda o raio do cilindro (r). A correção é feita em função do quociente entre o volume da frente de molhamento e do cilindro, da seguinte forma: Volume frente de molhamento = Π.H.R 2 = R 2 = R 2 Volume do cilindro Π.H.r 2 r 2 25

4 O fator de correção varia de 2 a 6 em solos arenosos ou estáveis e, de 4 a 8 em solos argilosos, compactados ou instáveis. Correção da velocidade de infiltração final Considerando a sucção lateral, indicada pela forma da frente de molhamento, a velocidade de infiltração média é dividida pelo coeficiente de correção. Observações complementares Complementando a descrição das características hidrodinâmicas, temos as seguintes observações: Amostras coletadas antes ou ao lado daquela onde foi aplicação do teste: - amostra deformada para determinação da umidade umidade inicial do solo Amostras coletadas após a aplicação do teste (duas lâminas de 50 mm): - amostra deformada para determinação de umidade umidade máxima do solo; - amostra indeformada (cilindro de volume conhecido) densidade do solo, umidade máxima do solo, densidade de partículas e calculo de porosidade total e de porosidade eficaz para a circulação de água. Amostras coletadas 24 ou 48 horas após a aplicação do teste (proteção com plástico preto isolante): - amostra deformada para determinação da umidade capacidade de campo; ou, - amostra indeformada (cilindro de volume conhecido) curva de retenção de água no solo sob diferentes tensões, densidade do solo e umidade à capacidade de campo. A partir das determinações realizadas, podem ser calculados: - macroposidade eficaz para a circulação de água e de ar; - microporosidade; - reserva de água útil para as culturas (pela diferença entre umidade máxima e a capacidade de campo) (i) (ii) (iii) Fases do teste de infiltração: (i) teste em andamento; (ii) coleta de amostra de solo saturado; (iii) exame do perfil de molhamento; (iv).

5 Formas das frentes de molhamento, que podem ser na forma de um cilindro(esquerda) ou de um cogumelo invertido (direita) ou uma lingüiça, que mostra que o solo está compactado.

6 Exemplo prático Sistema de Manejo Sistema Convencional (Grade Pesada) Sistema Plantio Direto Solo Latossolo Vermelho argiloso Latossolo Vermelho argiloso Data Maio de 1994 Maio de 1994 H Tempo H Tempo ( cm ) ( min. ) ( cm ) ( min. ) Teste Teste Lâmina total: 100 mm 100 mm Tempo total (2 lâminas): 14,5 minutos 4,05 minutos Infiltração média mm /h 1481,5 mm /h Infiltração final 324,9 mm/hr 1058,8 mm/hr Raio Médio F. Molhamento: 8,25 cm 10,5 cm Fator de correção: ,4 Infiltração final corrigida: 119,3 mm / h 240,1 mm / h

7 TESTE DE CAMPO PARA AVALIAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 3 Descrição do Local: Solo: Manejo: Tratamento ou Situação: Umidade do Solo (%): Inicial: Final: TESTE A TESTE B H T H T Nível d água Tempo Nível d água Tempo cm min/seg minutos cm min/seg minutos 5, ,00 5, ,00 Infiltração total (mm): Tempo de Infiltração (minutos): Infiltração média (mm/hora): Infiltração final (mm/hora): Raio da frente de molhamento (cm): Fator de Correção: Infiltração final corrigida (mm/hora): Observações de campo: 3 Baseado em Roose, E.; Blancaneaux, Ph.; Freitas, P.L.de. Un simple test de terrain pour évaluer la capacité d'infiltration et le comportement hydrodynamique des horizons pédologiques superficiels: méthode et exemples. Cahiers Orstom, Série Pédologie (Spécial érosion:réhabilitation des sols), Paris, vol. XXVIII, n. 2: