Spatial variability of precompression stress and volumetric water content of a red-yellow latosol (Oxisol) / Variabilidade espacial da pressão de preconsolidação e da umidade volumétrica de um latossolo vermelho amarelo

The intensive agricultural machinery traffic to which soils under coffee crops are exposed may cause significant changes in soil structure. The goals of this study were to: a) characterize the spatial variability of precompression stress (σp) and volumetric water content (θ) of a Red-Yellow Latosol (Oxisol) and determine their spatially dependent structures using ordinary kriging semivariograms; b) using this date to construct a load-bearing capacity (LBC) map for the site, identifying the depth with higher ; and c) use the map as a decision support tool regarding agricultural machinery logistic management in coffee plantations. The research was conducted on an experimental farm of the Agricultural Research Company of Minas Gerais (Epamig), Patrocinio, MG, on a clayey Oxisol. Samples were collected from 2.0 × 1.5 m sampling pits at intersections of a rectangular 40 × 150 m grid, totaling 28 sampling points. The soil samples were collected with metal rings (0.0254 m in height and 0.0630 m in diameter) using an Uhland sampler. Sampling at each pit was at 3 layers: 0.00­0.03 m, 0.10­0.13 m, and 0.25­0.28 m, and seven samples arranged in a matrix form were collected at each layer, totaling 588 samples. The σp and θ showed a spatially dependent structure. The depth of 0.00­0.03 m showed higher LBC, indicating that this depth was more compacted compared to other depths. Based on the σp maps, the tractor and the combine should not traffic into the areas at water content of 0.45 m3 m-3, because the soil has a LBC of 200 kPa. If this condition is not respected, additional compaction will occur. Tractor traffic is permissible when the water content reaches values less than 0.36 m3 m-3, whereas for combine traffic, the water content values must be less than 0.30 m3 m-3.

O tráfego intenso de máquinas agrícolas sobre solos cultivados com cafeeiro pode causar alterações significativas na estrutura do solo. Os objetivos deste estudo foram: a) avaliar e identificar a variabilidade espacial da pressão de preconsolidação (σp) e a umidade volumétrica (θ) de um Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA) e determinar a estrutura de dependência espacial através de semivariogramas utilizando a krigagem ordinária; b) verificar no mapa, a profundidade com maior capacidade de suporte de carga (CSC) do solo ; c) dar suporte a tomada de decisão no manejo do maquinário agrícola da cultura cafeeira e utilizar esses mapas para a logística de manejo de trafego de máquinas. O experimento foi conduzido num LVA textura muito argilosa na Fazenda da Epamig (Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais), em Patrocínio-MG. A amostragem foi realizada numa malha retangular (150 m x 40 m), onde foram coletadas amostras indeformadas em anéis metálicos de 0,0254 m de altura por 0,0630 m de diâmetro com auxílio do amostrador tipo Uhland em 28 trincheiras. Cada trincheira possui três degraus que correspondem às profundidades de (0.00-0.03; 0.10-0.13 e 0.25-0.28 m) e as dimensões dos degraus foram de 2,0 x 1,5 m, coletaram-se sete amostras (disposta em forma matricial) para cada degrau, totalizando 588 amostras. A σp e θ apresentaram estrutura de dependência espacial. A profundidade de 0.00-0.03m apresentou maior CSC indicando que esta profundidade está mais compactada em relação as demais profundidades. Com base nos mapas da σp, o trator e a colhedora não devem trafegar na área para umidade volumétrica igual a 0.45 m3 m-3, pois o solo possui CSC de 200 kPa. Se essa condição for desrespeitada, a compactação adicional poderá ocorrer. Para o tráfego do trator, deve-se esperar por um período, para que a θ atinja um valor menor que 0.36 m3 m-3, enquanto que para o tráfego da colhedora deve-se esperar a θ atingir valor menor que 0.30 m3 m-3.

Soil compaction during harvest operations in five tropical soils with different textures under eucalyptus forests / Compactação do solo durante as operações de colheita em cinco solos tropicais de diferentes texturas sob florestas de eucalipto

ABSTRACT Traffic of farm machinery during harvest and logging operations has been identified as the main source of soil structure degradation in forestry activity. Soil susceptibility to compaction and the amount of compaction caused by each forest harvest operation differs according to a number of factors (such as soil strength, soil texture, kind of equipment, traffic intensity, among many others), what requires the adequate assessment of soil compaction under different traffic conditions. The objectives of this study were to determine the susceptibility to compaction of five soil classes with different textures under eucalyptus forests based on their load bearing capacity models; and to determine, from these models and the precompression stresses obtained after harvest operations, the effect of traffic intensity with different equipment in the occurrence of soil compaction. Undisturbed soil samples were collected before and after harvest operations, being then subjected to uniaxial compression tests to determine their precompression stress. The coarse-textured soils were less resistant and endured greater soil compaction. In the clayey LVd2, traffic intensity below four Forwarder passes limited compaction to a third of the samples, whereas in the sandy loam PVd all samples from the 0-3 cm layer were compacted regardless of traffic intensity. The Feller Buncher and the Clambunk presented a high potential to cause soil compaction even with only one or two passes. The use of soil load bearing capacity models and precompression stress determined after harvest and logging operations allowed insight into the soil compaction process in forestry soils.

RESUMO O tráfego de máquinas durante as operações de colheita e baldeio da madeira tem sido identificado como a principal fonte de degradação da estrutura do solo no sistema de produção florestal. A suscetibilidade à compactação e a compactação causada por cada operação de colheita florestal diferem de acordo com inúmeros fatores (como resistência mecânica do solo, textura, tipo de equipamento, intensidade de tráfego, entre muitos outros), o que demanda a adequada avaliação da compactação do solo sob diferentes condições de tráfego. Os objetivos deste estudo foram determinar a suscetibilidade à compactação de cinco classes de solo com diferentes texturas sob florestas de eucalipto através de seus modelos de capacidade de suporte de carga; e determinar, com o uso destes modelos e da pressão de pré-consolidação obtida após as operações de colheita florestal o efeito da intensidade de tráfego com diferentes maquinários na ocorrência de compactação do solo. Amostras indeformadas foram coletadas antes e após as operações de colheita florestal, sendo então submetidas a ensaios de compressão uniaxial para determinação das pressões de pré-consolidação. Os solos de textura mais grosseira sofreram maior compactação. No LVd2 argiloso, a intensidade de tráfego de até quatro passadas do Forwarder limitou a ocorrência de compactação a um terço das amostras, enquanto no PVd franco-arenoso todas as amostras na camada de 0-3 cm foram compactadas independente da intensidade de tráfego. O Feller Buncher e o Clambunk apresentaram alto potencial de provocar compactação do solo mesmo com apenas uma ou duas passadas. O uso dos modelos de capacidade de suporte de carga e da pressão de pré-consolidação após as operações de colheita e baldeio permitiram melhor compreensão do processo de compactação em solos florestais.

Soil compaction caused by harvest and logging operations in eucalyptus forests in coarse-textured soils from northeastern Brazil / Compactação do solo causada por operações de colheita e baldeio em florestas de eucalipto em solos de textura grosseira do nordeste do Brasil

ABSTRACT Planted forests occupy more than 6.5 million ha in Brazil, where harvest and logging operations are performed with increasingly heavier machinery, increasing the risk of soil compaction. Soil compaction can be avoided if soil load bearing capacity is not exceeded, what makes it important to assess both the soil strength and the impact of different operations. The aim of this study was to evaluate the load bearing capacity of some coarse textured soils (two Hapludult and one Haplorthod) in two soil horizons (BA and B), from northeastern Brazil; and to assess the impact of harvest and logging operations performed with harvester and forwarder. Although the Haplorthod presented higher load bearing capacity in both the BA horizon (for the whole moisture range) and the B horizon (for higher water contents), it suffered the greatest soil compaction. Traffic with the harvester resulted in soil compaction in both the BA and the B horizons, but the increase in bulk density was higher on the later, reaching 18.7% in the Haplorthod. The forwarder traffic intensity and the presence of plant residue cover significantly affected the occurrence of soil compaction. In the BA horizon, the increase in soil bulk density for different forwarder traffic intensities was 3 passes ~ 6 passes < 12 passes ~ 16 passes. The increase in bulk density was higher in the Haplorthod, reaching 32% after 16 forwarder passes over bare soil. Significant linear regressions were obtained from the number of forwarder passes and the increase in bulk density.

RESUMO As florestas plantadas ocupam mais de 6,5 milhões de ha no Brasil, nas quais as operações de colheita e baldeio são realizadas com maquinário cada vez mais robusto, o que aumenta o risco de compactação do solo. A compactação do solo pode ser evitada se a sua capacidade de suporte de carga não for excedida, o que torna importante a avaliação tanto da resistência mecânica do solo quanto o impacto de diferentes operações. O objetivo deste estudo foi avaliar a capacidade de suporte de carga de solos de textura grosseira (dois Hapludult e um Haplorthod) em dois horizontes (BA e B) do Nordeste do Brasil; além de avaliar o impacto das operações de colheita e baldeio de madeira realizadas com harvester e forwarder. Apesar de o Haplorthod ter apresentado a maior capacidade de suporte de carga no horizonte BA (para toda a faixa de umidade) e no horizonte B (para maiores umidades) ele foi a classe de solo que apresentou maior compactação. O tráfego com o harvester resultou em compactação tanto no horizonte BA quanto no B, mas o aumento da densidade do solo foi maior no último, chegando a 18,7% no Haplorthod. A intensidade de tráfego do forwarder e a presença de resíduos de plantas na superfície do solo afetaram significativamente a ocorrência de compactação do solo. No horizonte BA, o aumento da densidade do solo em decorrência da intensidade de tráfego do forwarder foi de 3 passadas ~ 6 passadas < 12 passadas ~ 16 passadas. O aumento de densidade do solo foi maior no Haplorthod, atingindo 32% após 16 passadas sobre o solo descoberto. Regressões lineares significativas foram obtidas a partir do número de passadas do forwarder e o aumento na densidade do solo.

Resistência do solo à penetração e ao cisalhamento em diversos usos do solo em áreas de preservação permanente / Resistance of the soil to the penetration and shear strength in several uses of the soil in areas of permanent preservation

A resistência do solo à penetração e ao cisalhamento pode ser utilizada como indicadores de compactação do solo e até indicar a suscetibilidade de um solo à erosão. O objetivo deste trabalho foi quantificar e comparar o impacto proporcionado por diferentes usos do solo em um Cambissolo Háplico em áreas de preservação permanente, a partir da resistência do solo à penetração e ao cisalhamento. A área experimental foi instalada em uma área de preservação permanente, na sub-bacia rio Ribeira de Iguape ­ SP, com diferentes usos do solo: cultivo de banana ­ CBAN, pastagem degradada ­ PDEG, sistema silvipastoril ­ MPIS e mata nativa ­ MNAT. O ensaio de resistência do solo à penetração foi realizado com um penetrômetro digital de esforço manual, até a profundidade de 40 cm. A resistência do solo ao cisalhamento foi determinada pelo ensaio de palheta (Vane Test) na profundidade entre 0 e 5 cm. A pastagem degradada foi semelhante à mata nativa, com menor resistência do solo à penetração. O cultivo de banana e o sistema silvipastoril foram os usos do solo que apresentaram maior resistência do solo à penetração. O solo sob mata nativa apresentou menor resistência ao cisalhamento. O cultivo de banana, a pastagem degradada e o sistema silvipastoril foram os usos do solo que apresentaram maior resistência do solo ao cisalhamento, indicando que o uso destes solos em áreas de preservação permanente está promovendo a compactação dos mesmos.

The soil resistance to penetration and shear can be used as indicators of soil compaction and to indicate the susceptibility of a soil to erosion. The objective of this study was to quantify and compare the impact provided by different land uses in a haplic cambissol in areas of permanent preservation, from the soil resistance to penetration and shear. The experimental area was located in an area of permanent preservation, the sub-basin of the Ribeira Iguape River ­ SP, with different land uses: banana cultivation - CBAN, degraded pasture - PDEG, silvopastoral system - MPIS and native forest ­ MNAT. The test for resistance to penetration was accomplished with a digital penetrometer compaction of manual effort, to a depth of 40 cm. The soil shear strength was determined by Vane Test at a depth between 0 and 5 cm. The degraded pasture was similar to native forest, with less resistance to penetration. The banana cultivation and silvopastoral system were the land uses with the highest resistance to penetration, bringing serious risk of erosion in areas of permanent preservation. The soil under native forest had lower shear strength. The cultivation of bananas, degraded pasture and silvopastoral system were the land uses with higher shear strength of soil, indicating that the use of these soils in areas of permanent preservation is promoting the same compression.

Atributos mecânicos e erosão por salpicamento em amostras de latossolo vermelho-amarelo sob efeito de vinhaça / Soil mechanical attributes and splash erosion on samples of red-yellow latosol influenced by sugarcane vinasse

Objetivou-se, neste trabalho, quantificar o efeito da vinhaça no comportamento compressivo e nos atributos mecânicos, como consistência, umidade ótima de compactação e densidade máxima, de um Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA); avaliar o efeito da vinhaça e do estado de compactação no salpicamento de partículas, da região de Lavras, MG. A vinhaça foi proveniente de um alambique de cachaça artesanal. Foram coletadas amostras deformadas e indeformadas nas profundidades de 0 a 3 cm e 60 a 63 cm. As amostras deformadas destinaram-se à caracterização do solo, determinação dos limites de consistência e realização do ensaio de Proctor Normal, após a incubação do material com vinhaça. As amostras indeformadas foram saturadas com vinhaça ou água destilada (controle), por 48 horas e destinaram-se aos ensaios de compressibilidade e resistência ao salpicamento, usando-se um minisimulador de chuvas. A vinhaça alterou os limites de consistência das camadas estudadas. Para a camada de 0-3 cm a vinhaça reduziu a faixa friável e para a camada 60-63 cm aumentou. Para ambas as camadas, a vinhaça aumentou a Dmáx e reduziu a Uótima. As camadas 0-3 cm e 60-63 cm, independentemente do tratamento com vinhaça, apresentaram a mesma capacidade suporte de carga. O estado de compactação das amostras influenciou a erosão por salpicamento. O aumento da pressão aplicada sobre as amostras resultou no aumento da quantidade de material salpicado. Na camada 60-63 cm, o tratamento com vinhaça reduziu a quantidade de material salpicado com o aumento da pressão aplicada, notadamente com as amostras na capacidade de campo.

The objective of this study was to quantify the effect of plonk on compressive behavior and mechanical attributes such as consistency, optimum moisture for compaction and maximum density of a Red-Yellow Latosol (Oxisol) to evaluate the effect of plonk and compaction state in splashed particles, from Lavras (MG) region. The plonk was obtained from an artisanal sugarcane brandy alembic. Undisturbed and disturbed soil samples were collected at 0 to 3 cm and 60 to 63 cm depths. Disturbed soil samples were used for soil characterization, determination of consistence limits and Normal Proctor essay after material incubation with plonk. Undisturbed soil samples were saturated with plonk or distilled water (control) during 48 hours for testing the compressibility and resistance to splash by using simulated rainfall. The plonk altered the consistence limits of studied layers. For the 0-3 cm layer, the plonk reduced the friable range, and for the 60-63 cm layer the effect was in the opposite direction. For both layers, the plonk increased Dmax and decreased Uoptimum. Regardless of the plonk treatment, both layers presented the same load support capacity. The compaction degree of samples influenced the splash erosion. The increase of the applied pressure over the samples resulted in increase of splash material quantity. At the 60-63 cm layer, the plonk treatment reduced the splash material quantity by increasing the applied pressure, mainly when the samples were at field capacity.

Propriedades físicas e mecânicas de latossolos em diferentes manejos florestais / Physical and mechanical properties of Latosols in different forest management

Com a intensa mecanização das operações florestais, a compactação do solo, causada pelo tráfego, pode ser limitante para a obtenção de maiores produtividades.Objetivou-se, neste estudo, avaliar as alterações em algumas propriedades físicas e mecânicas dos seguintes Latossolos: a) Latossolo Vermelho-Amarelo devido a distintas intensidades de tráfego e carga de um Forwarder na Região de Santa Maria de Itabira, MG; b) Latossolo Amarelo e um Latossolo Vermelho devido à distintas intensidades de tráfego de um Forwarder sobre diferentes condições de disposição de resíduos nas Regiões de Belo Oriente e São João Evangelista, MG. Na Região de Santa Maria de Itabira, foram coletadas, nas profundidades de 0-3 e 10-13 cm, 10 amostras indeformadas onde não houve tráfego e na linha de tráfego o Forwarder percorreu 2, 4 e 8 vezes e no local esse passou 4 vezes com 1/3, 2/3 e 3/3 de sua carga. Nas Regiões de Belo Oriente e São João Evangelista, foram coletadas 20 amostras indeformadas na linha de tráfego e o Forwarder trafegou 2 e 8 vezes, em quatro condições de disposição de resíduos. As amostras indeformadas foram utilizadas nos ensaios de compressão uniaxial. Determinaram-se também as características físicas e químicas dos solos. Todas as intensidades tráfego e carga do Forwarder na Região de Santa Maria de Itabira causaram compactação no solo, principalmente na profundidade de 10-13 cm. Nas Regiões de Belo Oriente e São João Evangelista, o número de passadas do Forwarder igual a 8 foi a que causou maior compactação do solo, sendo essa minimizada nas condições de resíduos galhada mais casca e galhada.

With the intense mechanization of forest operations, soil compaction, caused by the traffic, may limit high productivities. The objective of this study was to evaluate the alterations in the physical and mechanical properties of the following Latosol: a) Red-Yellow Latosol due to different traffic intensities and load of a Forwarder in the Santa Maria de Itabira region - MG; b) Yellow Latosol and a Red Latosol due to different traffic intensities of a Forwarder on different residue disposition in the Belo Oriente and São João Evangelista regions, MG. In the Santa Maria de Itabira region, it were collected at 0-3 and 10-13 cm depths, 10 undisturbed soil samples with no traffic and where the Forwarder trafficked 2, 4 and 8 times and in the place where the Forwarder trafficked 4 times with 1/3, 2/3 and 3/3 of its load. In the Belo Oriente and São João Evangelista regions, 20 undisturbed soils samples were collected in the traffic line where the Forwarder trafficked 2 and 8 times, in four conditions of residue disposition. The undisturbed soil samples were used in the uniaxial compression. It was also determined, physical and chermical characteristics of the soils. All the traffic intensities and load of the Forwarder in the Santa Maria de Itabira region caused soil compaction mainly at 10-13 cm depth. I the Belo Oriente and São João Evangelista regions, the number of passes of the Forwarder equal to 8 caused greater compaction of the soil, being minimized, in the residue conditions of Brushwood plus Bark and Brushwood.