Fractal features of soil texture and physical attributes in indian dark earth under different uses in Western Amazon / Características fractais da textura e atributos físicos do solo em áreas com terra preta de índio sob diferentes usos na Amazônia Ocidental

Studying particle size distribution is important to understand soil structure and formation processes. This research aimed to assess the fractal dimension of soil texture in Indian Dark Earth (IDE) areas in southern Amazonas state under different land uses, as follows: two areas in the municipality of Apuí, one growing cocoa and the other coffee; a grassland area in the municipality of Manicoré; and a forest area in the municipality of Novo Aripuanã. A sampling grid containing 88 collection points (intersecting points on the grid) was established in each area, measuring 80 x 42 m for the cocoa and coffee-growing sites, and 80 x 56 m and 60 x 42 m for the grassland and forest areas, respectively. Soil samples were collected in soil core and as clumps at a depth of 0.0-0.20m to determine the structural physical properties and texture of the soil. The following physical attributes were assessed: texture (PSD), bulk density (BD), macroporosity (Macro), microporosity (Micro), total porosity (TP) and aggregate stability (GMD and WMD). The fractal dimension (D) of the soil texture was determined, followed by analysis of variance and comparison of the means using Tukey's test (p≤0.05). Pearson's correlation was applied to assess the correlation between variables. There was a significant difference between the IDEs studied, with a higher D value in the cocoa-growing area in relation to the other sites. Additionally, the larger the clay fraction, the higher the D value. Fractal dimension (D) showed a positive correlation with sand, clay, BD, Macro, GMD and WMD, and a negative correlation with silt, micro, TP. Based on the D values obtained, the ADE cultivated with cocoa showed superior quality in relation to the other areas studied.KEYWORDS: Fractal dimension. Soil physics. Soil use. INTRODUCTION Applications of fractal geometry in soil science have shown that soil exhibits fractal characteristics, being a porous medium having different particle compositions, with irregular shape and self-similar structure (TYLER; WHEATCRAFT, 1989; KRAVCHENKO; ZHANG, 1998). Fractal geometry, proposed and established by Mandelbrot (1982), is a method for describing systems with non-characteristic scales and self-similarity. In recent years, this theory has been used to quantitatively describe the particle size distribution of soil, attracting the interest of pedologists worldwide (DENG et al., 2017). Particle size distribution is one of the most important physical characteristics of soil because of its significant influence on water flow and soil erosion (XU; LI; LI, 2013). In this respect, broad and precise knowledge of particle size distribution is vital to understanding soil structures and formation, since it is closely related to soil erosion, organic matter content and moisture content (DU et al., 2017). Deng et al. (2017) studied the fractal features of soil particle size distribution and found an association between fractal dimensions and the physical and chemical properties of the soil analyzed, indicating that the lower the fractal dimension, the worse the soil physical and chemical properties. Recently, the fractal method was applied to estimate soil structure and proved to be an efficient tool in analyzing soil Received: 01/04/2019 Accepted: 30/01/2020

Estudar a distribuição do tamanho das partículas é importante para entender a estrutura do solo e os processos de formação. Esta pesquisa teve como objetivo avaliar a dimensão fractal da textura do solo em áreas de Terra Preta de Índio (TPI) no sul do Estado do Amazonas sob diferentes usos da terra: duas áreas no município de Apuí, uma com cultivo de cacau e outra de café; uma área de pastagem no município de Manicoré; e uma área florestal no município de Novo Aripuanã. Uma malha de amostragem contendo 88 pontos de coleta (pontos de interseção na grade) foi estabelecida em cada área, medindo 80 x 42 m para as áreas de cacau e café, e 80 x 56 m e 60 x 42 m para as áreas de pastagem e floresta, respectivamente. Amostras de solo foram coletadas em torrões a uma profundidade de 0,0-0,20 m para determinar as propriedades físicas estruturais e a textura do solo. Os seguintes atributos físicos foram avaliados: textura, densidade do solo (DS), macroporosidade (Macro), microporosidade (Micro), porosidade total (PT) e estabilidade de agregados (DMG e DMP). Determinou-se a dimensão fractal da textura do solo (D), seguida da análise de variância e comparação das médias pelo teste de Tukey (p≤0,05). A correlação de Pearson foi aplicada para avaliar a correlação entre as variáveis. Houve uma diferença significativa entre as TPIs estudadas, com um maior valor D na área de cultivo de cacau em relação aos outros locais. Além disso, quanto maior a fração argila, maior o valor de D. A dimensão fractal (D) apresentou correlação positiva com areia, argila, DS, Macro, DMG e DMP, e correlação negativa com silte, micro, PT. Com base nos valores de D obtidos, as TPIs cultivadas com cacau apresentaram qualidade superior em relação às demais áreas estudadas.PALAVRAS-CHAVES: Dimensão Fractal. Física do solo. Uso do solo. REFERENCES ALVARENGA, R. C.; FERNANDES, B.; SILVA, T. C. A.; RESENDE, M. Estabilidade de agregados de um Latossolo Roxo sob diferentes métodos de preparo do solo e de manejo da palha do milho. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v. 10, n. 2, p. 273-277, 1986.

Variability and spatial correlation of aggregates and organic carbon in indian dark earth in Apuí region, AM / Variabilidade e correlação espacial de agregados e carbono orgânico em terra preta de índio na região do Apuí, AM

Having in mind the importance of knowing the variability and spatial correlation of soil properties in Indian Dark Earth (IDE), we evaluated in this study the variability and the spatial correlation of aggregates and carbon in an Ultisol under coffee cultivation in southern Amazonas. It was established a 48 x 88 m sampling grid spaced 06 x 08 m, totalling 88 sampling points. Then soil samples were collected at: 0.0-.05, 0.05-0.10, and 0.10-0.20 m layers. The spatial variability of the Mean Weighted Diameter (MWD) attributes, aggregates > 2 mm, < 2 mm, bulk density (BD) and organic carbon (OC) was analyzed by adjusting the simple semivariograms, while spatial correlations of the OC with aggregates and BD were analyzed by cross-semivariogram. We could conclude that there was spatial dependence in the variables, wherein the largest ones were observed at 0.0-0.05 m, except for Mean Weighted Diameter (MWD) and aggregates greater than 2.00 mm with larger range of values in depth from 0.05-0.10 and 0.10-0.20 m. The mean weight diameter and aggregate class attributes greater than 2.00 mm had negative spatial correlation with organic carbon at 0.0-0.05 m, while the smaller aggregates than 2.00 mm classes and bulk density correlated positively with organic carbon at 0.0-0.05 m and 0.10-0.20 m.

Considerando a importância do conhecimento da variabilidade e correlação espacial dos atributos do solo em Terra Preta de Índio (TPIs), avaliou-se neste trabalho a variabilidade e a correlação espacial de agregados e carbono em um Argissolo Amarelo eutrófico sob cultivo de café na região sul do Amazonas. Foi estabelecido um grid amostral com dimensões de 48 x 88 m e espaçamentos de 06 x 08 m, totalizando 88 pontos amostrais. Em seguida, foram coletadas amostras de solos nas profundidades: 0,0-0,05, 0,05-0,10, e 0,10-0,20 m. A variabilidade espacial dos atributos diâmetro médio ponderado (DMP), agregados > 2 mm, < 2 mm, densidade do solo (Ds) e carbono orgânico (CO) foi analisada ajustando os semivariogramas simples, enquanto as correlações espaciais do CO com agregados e Ds foram analisadas por semivariogramas cruzados. Concluiu-se que as variáveis apresentaram dependência espacial, e os maiores alcances são constatados na profundidade 0,0-0,05 m, exceto para DMP e agregados maiores que 2,00 mm com maiores valores de alcance na profundidade 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m. Os atributos diâmetro médio ponderado e classes de agregados maior que 2,00 mm apresentam correlação espacial negativa com carbono orgânico na profundidade 0,0-0,05 m, enquanto a classes de agregados menor que 2,00 mm e densidade do solo apresentam correlação positiva com carbono orgânico nas profundidades 0,0-0,05 m e 0,10-0,20 m.

Spatial variability of aggregates and organic carbon under three different uses of indian black earth in southern Amazonas / Variabilidade espacial de agregados e carbono orgânico sob três diferentes usos de terra preta de índio no sul do Amazonas

Indian Black Earths (IBEs) are distributed throughout the Amazon. They are characterized by their high chemical fertility and agricultural potential. IBEs have high organic carbon, favouring the improvement of soil structure. This work aimed to evaluate the aggregates and organic carbon (OC) spatial variability in different IBEs in southern Amazonas. We evaluated the organic carbon spatial variability, mean weight diameter (MWD), soil bulk density (b) and aggregate classes under three uses of soil: pasture, cocoa, and coffee. We collected 528 soil samples in a point grid according to its use at two depths: 0.0-0.05 m and 0.10-0.20 m. Results were subjected to variance, descriptive, and geostatistical analyses. We concluded that the soil use influenced the IBEs physical attributes soil behavior, concentrating the higher values of CO, aggregates > 2.00 mm, and MWD at 0.0-0.05 m in relation to b and aggregates < 2.00 mm where the higher values were the ones at 0.10-0.20 m. Aggregates < 2.00 mm (0.10-0.20 m) and OC (0.0-0.05 m) did not show spatial dependence, while the class of aggregates > 2.00 mm was the only attribute which represented to be a natural characteristic of the soil, with a strong spatial dependence, independently the land use and depth. There was no spatial relationship between the attributes studied and the geomorphic diversity.

As Terras Pretas de Índio (TPIs) encontram-se distribuídas por toda a Amazônia. Elas são caracterizadas pela alta fertilidade química e potencial agrícola. As TPIs possuem alto carbono orgânico, favorecendo a melhoria da estrutura do solo. Este trabalho teve como objetivo avaliar a variabilidade espacial dos agregados e do carbono orgânico (CO) em diferentes usos de TPIs no sul do Amazonas. Foi avaliado a variabilidade espacial do carbono orgânico, diâmetro médio ponderado (DMP), densidade do solo (b) e as classes de agregados sob três usos do solo: pastagem, cacau e café. Nas áreas estudas construiu-se um grid regular de pontos, de acordo com o uso do solo e nas profundidades, 0-0,05 m e 0,10-0,20 m, totalizando 528 amostras de solo. Os resultados foram submetidos à análise de variância, descritiva e geoestatística. O uso do solo influenciou o comportamento dos atributos físicos das TPIs, concentrando os valores mais altos de CO, agregados > 2.00 mm e DMP na profundidade 0,0-0.05 m em relação a b e agregados <2.00 mm, que assumiram valores mais altos na profundidade 0,10-0,20 m. Agregados < 2,00 mm (0,10-0,20 m) e CO (0,0-0,05 m) não apresentaram dependência espacial, enquanto a classe de agregados > 2,00 mm foi o único atributo que representou uma característica natural do solo, com forte dependência espacial, independentemente do uso e profundidade do solo. Não houve relação espacial entre os atributos estudados e a diversidade geomórfica.