Simulation of soil water balance and partitioning of evapotranspiration of maize grown in two growing seasons in Southern Brazil / Simulação do balanço hídrico do solo e particionamento da evapotranspiração do milho cultivado em duas épocas de semeadura no Sul do Brasil

ABSTRACT: The objective of this study was to simulate the variation of the available soil water during maize crop growth, in two different sowing times (first and second growing season), using a drip irrigation system. The treatments consisted of different irrigation strategies (full to deficit). The SIMDualKc simulation model was used to determine the daily soil water balance and crop evapotranspiration using the dual crop coefficient approach. Soil, climate, crop and irrigation parameters were used as input data. Two experiments were carried out in a rainout shelter composed of two metallic structures (16x10m) in the city of Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brazil, during 2010/11 (second crop, season 1) and 2011/12 (first crop, season 2) growing seasons, under no-tillage system. The simulations showed that all the irrigation management strategies used in season 2 resulted in soil water deficit, while only two strategies showed deficit in season 1. Results showed good agreement between observed and simulated soil water data, with an R2 ranging from 0.86 to 0.99 and the root mean square error ranging from 2.7 to 5.6% of the total available water for seasons 1 and 2, respectively. The observed results of water balance showed that maize grown in season 2 presented higher water consumption compared to season 1, due to the higher atmospheric demand of season 2. The SIMDualKc model allowed the partitioning of crop evapotranspiration into soil evaporation and crop transpiration, demonstrating that the vegetative growth subperiod presented the greatest differences between the two seasons compared to the others growth phases.

RESUMO: O objetivo deste estudo foi simular a variação da água disponível no solo durante o desenvolvimento da cultura do milho, em duas épocas de semeadura diferentes (primeira e segunda safra), utilizando sistema de irrigação por gotejamento. Os tratamentos consistiram em diferentes estratégias de irrigação (plena e deficitária). O modelo de simulação SIMDualKc foi utilizado para determinar o balanço hídrico diário do solo e a evapotranspiração da cultura usando a abordagem do coeficiente cultura dual. Os parâmetros de solo, clima, cultura e irrigação foram utilizados como dados de entrada. Dois experimentos foram realizados em uma cobertura móvel composta por duas estruturas metálicas (16x10m) na cidade de Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brasil, nas safras 2010/11 (segunda safra, época 1) e 2011/12 (primeira safra, época 2), sob sistema de plantio direto. As simulações mostraram que todas as estratégias de manejo de irrigação usadas na época 2 resultaram em déficit hídrico, enquanto que apenas duas estratégias apresentaram déficit na época 1. Os resultados mostraram boa concordância entre os dados de água no solo observados e simulados, com um R2 variando de 0.86 a 0.99 e raiz quadrada do erro médio variando de 2,7 a 5,6% da água total disponível para as épocas 1 e 2, respectivamente. Os resultados observados do balanço hídrico mostraram que o milho cultivado na época 2 apresentou maior consumo de água em comparação com a época 1, devido à maior demanda atmosférica da época 2. O modelo SIMDualKc permitiu a partição da evapotranspiração da cultura em evaporação do solo e transpiração da cultura, demonstrando que o subperíodo de crescimento vegetativo apresentou as maiores diferenças entre as duas épocas em relação às demais fases de crescimento.

Funções de pedotransferência para estimativa da retenção de água em alguns solos do Rio Grande do Sul / Pedotransfer functions to estimate the water retention in some soils of Rio Grande do Sul state, Brazil

As propriedades hidráulicas do solo são determinações consideradas caras e de difícil obtenção. O uso de funções de pedotransferência (FPTs) consiste em uma alternativa para a obtenção dessas informações de forma mais fácil e com menor custo. O objetivo desse estudo foi desenvolver e validar FPTs para estimar a retenção de água em alguns solos do Estado do Rio Grande do Sul (RS). O trabalho foi realizado utilizando-se dados de análises físicas de solos pertencentes ao banco de dados do Laboratório do Sistema Irriga, Universidade Federal de Santa Maria. Este banco de dados é composto por informações de textura do solo (areia, silte e argila), densidade (do solo e de partículas), porosidade do solo (macro, micro e total), além das informações do conteúdo de água nos potenciais matriciais de 0, -1, -6,-33, -100, -500 e -1500kPa de amostras coletadas na camada superficial de solos irrigados por aspersão, das regiões do planalto, missões e fronteira oeste do RS. As variáveis foram submetidas a um teste de correlação e, posteriormente, foram realizadas análises de regressão múltipla para a obtenção das FPTs, utilizando a opção stepwise do programa estatístico SAS. As FPTs obtidas indicaram associações apenas de atributos estruturais do solo com a retenção de água em potenciais mais elevados (0 e -1kPa) e de atributos texturais e estruturais, nos potenciais mais baixos (-33, -100, -500 e -1500kPa). As FPTs apresentaram alta precisão na estimativa da retenção de água nos potenciais considerados.

Soil physical hydraulic properties are determinations considered expensive and difficult to obtain. The use of pedotransfer functions (PTFs) is an alternative for obtaining such properties more easily and practically costless. The objective of this study was to develop and validate PTFs to estimate soil water retention of different textural soil classes in the State of Rio Grande do Sul, Brazil. The research was carried out using data from physical analysis of soils belonging to the database of Sistema Irriga laboratory, Universidade Federal de Santa Maria. This database consists of soil texture information (sand, silt and clay), density (of soil and of particles), soil porosity (macro, micro and total), besides of water content information at the matrix potential of 0, -1, -6,-33, -100, -500 e -1500kPa. Soil samples were collected on the surface layer of cultivated soils of RS. The variables were submitted to a correlation test, and were subsequently analyzed in multiple regressions test to obtain the PTFs, using the stepwise option of the SAS statistical program. The generated PTFs showed greater associations of soil attributes only related to soil structure such as soil water retention for higher potential (0 and -1kPa) and textural and structural attributes for lower potential (-33, -100, -500 e -1500kPa). The PTFs showed high accuracy in estimating soil water holding capacity of the considered potentials.

Qualidade física de solos irrigados do Estado do Rio Grande do Sul / Physical quality of irrigated soil of Rio Grande do Sul State-Brazil

As áreas irrigadas caracterizam-se pela intensificação dos cultivos e, por conseqüência, por uma intensa utilização do solo. Isso resulta em uma maior pressão de degradação da estrutura do solo, ocasionando muitas vezes a compactação dos solos. O objetivo deste trabalho foi realizar a caracterização física dos solos irrigados de algumas regiões do Estado do Rio Grande do Sul, com vistas a promover uma base de informações para orientar a tomada de decisões relativas ao manejo de áreas irrigadas. Os perfis dos solos foram divididos em três camadas: (superficial, intermediária e inferior), nas quais determinaram-se a textura do solo, a densidade do solo (Ds) e de partículas e porosidade. Os solos foram agrupados em faixas de teor de argila, sendo que, para cada faixa de teor de argila, estabeleceu-se um valor crítico de densidade do solo (Ds) e de macroporosidade (Macro). As amostras com valores DS maiores que o valor cítrico e com valores de macro menores que o valor cítrico foram caracterizados com indicação de compactação. As amostras de solo coletadas foram classificadas, com maior freqüência na faixa de 400-500g kg-1 de argila, nas camadas superficial e intermediária e na faixa de argila superior a 700g kg-1 na camada inferior. Do total das áreas amostradas, 66,5 por cento apresentaram indicação de compactação do solo na camada superficial, 20,5 por cento na camada intermediária e 9,5 por cento na camada inferior.

Irrigated areas are characterized by an intensification of the land use, and as consequence, an intense use of the soil. This usually results in a higher pressure of the soil structure degradation, causing many times soil compaction. The objective of this study was to conduct a soil physical characterization of irrigated areas of Rio Grande do Sul State-Brazil and collect informations necessary to guide soil management decisions. The soil profile was divided in to three soil layers: superficial, intermediate and inferior. The following determinations were conducted: soil texture, bulk density (Bd), particles density and soil porosity. Soil types were grouped in ranges of clay content. For each clay content, a critical value of Bd and soil macroporosity (Macro) were established (when the result of soil was the Bd and below the macro) to classify the soil as compacted. The majority of soil samples colleted was classified in the range of 400-500 g Kg-1 of clay content in the superficial and intermediate soil layers and in the range higher than 700 g Kg-1 in the inferior soil layer. Considering the entire area sampled, 66.5 percent of the samples presented indication of soil compaction in the superficial layer, 20.5 percent in the intermediate layer and 9.5 percent in the inferior layer.