Modelagem espacial da erosão hídrica do solo associada à sazonalidade agroclimática na região sul do Rio Grande do Sul, Brasil / Spatial modeling of soil water erosion associated with agroclimatic seasonality in the southern region of Rio Grande do Sul, Brazil

RESUMO A erosão hídrica constitui um sério problema de degradação do solo, com impacto em diversas áreas. Sua mensuração é de extrema importância e onerosa. Os modelos empíricos de estimativa de perdas de solo, como a Equação Universal de Perda de Solo Revisada (RUSLE), são utilizados para suprir essa demanda. Consideram-se poucos estudos no Brasil que avaliam o efeito da sazonalidade agroclimática nas estimativas de perda de solo por erosão hídrica em bacias hidrográficas. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi avaliar a sazonalidade agroclimática na estimativa de perdas de solo por meio da RUSLE e identificar os fatores que controlam a erosão na Bacia Hidrográfica do Arroio Fragata (BHAF). O fator erosividade da chuva (R) e a média anual de precipitação foram calculados por meio de dados de quatro estações pluviométricas.. O fator erodibilidade do solo (K) foi obtido a partir de informações de solo. O fator topográfico (LS) foi gerado com base no modelo digital de elevação (MDE) e o fator cobertura do solo e práticas conservacionistas (CP) por meio de imagens do satélite Landsat8/OLI. A variação sazonal teve efeito na perda de solo, com maiores taxas de erosão no período de verão e primavera. Perdas de solo entre 5 e 50 Mg ha-1ano-1 foram registradas em 24% da BHAF, associadas a períodos de chuvas mais erosivas, maior declividade e baixa cobertura vegetal. Os fatores da RUSLE com maior contribuição na erosão foram R, LS e CP. A abordagem apresentada pode ser útil para quantificar as perdas de solo em bacias hidrográficas.

ABSTRACT Water erosion is a serious soil degradation problem, with impact in several areas. Its measurement is extremely important and costly. Empirical models of soil loss estimation, such as the revised universal soil loss equation (RUSLE), are used to meet this demand. Few studies in Brazil are considered to evaluate the effect on agroclimatic seasonality in the estimates of soil loss due to water erosion in watersheds. Thus, the objective of this study was to evaluate the agroclimatic seasonality in the estimation of soil losses through RUSLE and to identify the factors that control erosion in the watershed of the Fragata stream. Rainfall erosivity (R) was calculated by means of precipitation data for four seasons and annual average. The soil erodibility factor (K) was obtained from soil information. The topographic factor (LS) was generated from the Digital Elevation Model (MDE) and the soil cover factor and conservationist practices (CP) through Landsat8/OLI satellite images. Seasonal variation had an effect on soil loss, with higher erosion rates in the summer and spring months. Soil losses between 5 and 50 Mg ha-1ano-1 were recorded in 24% of the BHAF, associated with periods of more erosive rainfall, higher slope and low vegetation cover. RUSLE factors with the greatest contribution to erosion were R, LS, and CP. The approach presented can be useful in quantifying soil losses in river basins.

Least limiting water range and degree of compactness of soils under no-tillage / Intervalo hídrico ótimo e grau de compactação de solos sob plantio direto

The least limiting water range (LLWR) and degree of compactness (DC) can be useful indicators of soil physical quality and crop yield. This study focused on assessing of LLWR, DC and evaluation of critical values to crop growth of an Alfisol and Oxisol under no-till management. Undisturbed soil cores were taken from the layer 0.00 - 0.20 m depth. Soil water retention curve, soil penetration resistance curve, air-filled porosity and bulk density (Bd) were measured. The range of LLWR variation was limited by volumetric water content at field capacity and penetration resistance. Values of LLWR varied from 0.00 - 0.14 m3 m-3 to Alfisol and 0.00 - 0.04 m3 m-3 to Oxisol. The critical values of the Bd and DC for crop development were 1.79 Mg m-3 and 1.35 Mg m-3 and 96% and 74% to Alfisol and Oxisol, respectively. Further researches relating LLWR, DC and crop response are still required in soils with different conditions and management.

O intervalo hídrico ótimo (IHO) e o grau de compactação (GC) são indicadores úteis da qualidade física do solo e produção de culturas. Objetivou-se avaliar o IHO, o GC e valores críticos do crescimento de plantas de um Argissolo e Latossolo sob semeadura direta. Amostras indeformadas de solo foram coletadas na camada de 0,00 a 0,20 m. Avaliou-se a curva de retenção de água e de resistência à penetração, a porosidade de aeração e a densidade do solo (Ds). A amplitude de variação do IHO foi limitada pela umidade na capacidade de campo e pela resistência à penetração com valores de 0,00 a 0,14 e de 0,00 a 0,04 e m3 m-3 para o Argissolo e Latossolo, respectivamente. Os valores críticos ao desenvolvimento de plantas de Ds e GC foram 1,79 e 1,35 Mg m-3 e 96% e 74%, respectivos para o Argissolo e Latossolo. Pesquisas futuras relacionando IHO, GC e resposta das culturas são ainda necessárias em solos com condições e manejos diferenciados.

Fracionamento químico e físico da matéria orgânica de um argissolo vermelho sob diferentes sistemas de uso / Physical and chemical fractionation of organic matter of an alfisol under different use systems

Objetivou-se com este estudo avaliar o carbono orgânico total e as frações físicas e químicas da matéria orgânica (MO) do solo em um Argissolo Vermelho Eutrófico arênico, submetido a diferentes sistemas de uso. Os sistemas de uso do solo avaliados foram: florestamento homogêneo de Eucalyptus grandis (EUC), sistema agrossilvipastoril na faixa (ASP) e campo nativo (CN), nas camadas de 0,000-0,025m e de 0,025-0,075m. A fração grosseira (CFG) e o carbono associado aos minerais (CAM) foram obtidos por meio de fracionamento físico granulométrico. As frações leve livre (FLL), leve oclusa (FLO) e pesada (FP) foram obtidas por meio de fracionamento físico densimétrico. As frações não húmicas (NH), ácido fúlvico (AF), ácido húmico (AH) e humina (HU) foram obtidas por meio de fracionamento químico. O sistema EUC promoveu maiores estoques de carbono orgânico total, CFG, FLL e FLO e na fração AF nas camadas avaliadas. Na camada superficial, os mecanismos de proteção da MO por recalcitrância molecular e estabilização química estão sobrepondo a estabilidade decorrente da oclusão em agregados. Com a dificuldade de formar agregados, devido a matrizes arenosas desse solo, o carbono jovem que entra no sistema é decomposto pelos microrganismos, entrando em um estágio mais avançado de decomposição e, nesse caso, formando associações com as partículas silte e argila, mesmo em solos em que o percentual de argila é baixo. Através do fracionamento químico, observou-se que a maior parte da MO do solo encontra-se armazenada na forma de HU.

The objective of this study was to evaluate the total organic carbon and the physical and chemical fractions of organic matter in an Alfisol under different use systems. The land use systems evaluated was homogeneous forestry of Eucalyptus grandis, agrosilvopastoral system and native grassland, in layers from 0.000-0.025 and 0.025-0.075m depth. The coarse fraction (CFG) and the carbon associated minerals (CAM) were obtained by physical fractionation. The free light fraction (FLL), light occluded (FLO) and heavy (FP) were obtained by densimetric physical fractionation. The non-humicfractions (NH), fulvic acid (AF), humic acid (HA) and humin (HU) were obtained by chemical fractionation. The Eucalyptus grandis system promoted higher total organic carbon, CFG, FLL and FLO and AF. In the surface layer, the protective recalcitrance mechanisms by organic matter molecular and chemical stabilization are overlapping stability which result from aggregates occlusion. As is difficult to form aggregates due to sandy soil matrix, carbon youth which enter the system is decomposed by microorganisms going to a more advanced stage of decomposition, forming in this case associations with silt and clay particles. This occurs in soils where the clay percentage is low. Through the fractionation it was observed that most of the soil organic matter is stored in the form of HU.

Physical indicators of soil quality of alfisol under conventional system of physic nut / Indicadores físicos da hqualidade de argissolo sob plantio convencional de pinhão manso

The implantation and development of alternative crops to production of biofuel are dependents of soil structural quality. The physic nut has been considered as one of the promising sources of biofuel. The objective of this study was to quantify the influence of use systems on some indicators of soil physical quality and to identify critical values of bulk density and air-filled porosity to crop development of an Alfisol under conventional system of physic nut. For the evaluation of physical indicators of soil quality, samples were collected with disturbed and indisturbed structure in different sampling positions (crop row and interrow). The samples were taken of the layers 0.00 - 0.05; 0.05 - 0.10 and 0.10 - 0.20 m depth. In the conditions of this study, concluded that: i) except to 0.10 to 0.20 m depth, the sampling positions influenced all soil physical parameters; ii) the crop row position presented higher macroporosity and total porosity in 0.00 to 0.10 m depth; iii) the critical air-filled porosity and bulk density values for plant growth were 0.74 and 1.49 Mg m-3 and iv) considering the bulk density and air-filled porosity only the crop row position no indicate restrictive values to plants development.

A implantação e o desenvolvimento de culturas alternativas para a produção de biocombustível são dependentes da qualidade estrutural do solo. O pinhão manso tem sido considerado uma fonte promissora de biocombustível. O objetivo deste estudo foi verificar a influência dos sistemas de uso em alguns parâmetros físicos e identificar valores críticos ao desenvolvimento de plantas de um Argissolo Vermelho Amarelo sob sistema convencional de pinhão manso. Coletaram-se amostras com estrutura alterada e inalterada, nas posições linha e entrelinha de cultivo do pinhão manso e nas camadas de 0,00 a 0,05; 0,05 a 0,10 e 0,10 a 0,20 m. Nas condições deste estudo, conclui-se que: i) as posições de amostragem influenciam os parâmetros físicos com exceção da camada de 0,10 - 0,20 m; ii) na camada de 0,00 - 0,10 m, o solo na posição linha de cultivo apresentou uma maior macroporosidade e porosidade total do solo; iii) os valores críticos ao desenvolvimento de plantas referentes ao índice de vazios e de densidade do solo são 0,74 e 1,49 Mg m- 3 e v) considerando o índice de vazios e a densidade do solo, somente o solo na posição linha de cultivo não indica valores limitantes ao desenvolvimento da cultura.

Agregação e proteção física da matéria orgânica em planossolo háplico sob diferentes sistemas de manejo / Aggregation and physical protection of organic matter in albaqualf under different manegement systems

Identificar os mecanismos de estabilização da matéria orgânica (MO) que atuam com maior eficiência em solos hidromórficos é essencial para compreender e avaliar a dinâmica da MO nestes agroecossistemas. O objetivo deste estudo foi avaliar a agregação, o teor de carbono orgânico total (COT) do solo e de carbono nas frações físicas da MO, em Planossolo Háplico Eutrófico solódico, sob diferentes sistemas de manejo; além de caracterizá-la por Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). O presente estudo foi realizado na Estação Experimental de Terras Baixas da Embrapa Clima Temperado, Capão do Leão, RS. A área experimental foi implantada em 2003. Em novembro de 2007, foram amostradas duas camadas (0,000 - 0,025 m e de 0,025 - 0,075 m) de solo em áreas sob preparo convencional (PC), plantio direto (PD) e campo nativo (CN). A qualidade estrutural na camada superficial do solo sob PC e PD foi afetada nas classes de agregados de 4,76 a 0,50 mm. O PC e o PD apresentaram reduções nos teores de COT do solo, carbono da fração grosseira, fração leve livre (FLL) e fração leve oclusa (FLO). Em curto período de tempo (quatro anos), os sistemas de manejo não influenciaram a fração pesada (FP). As proporções das frações físicas da MO em relação ao COT aumentaram na ordem FLL

To identify the mechanisms of stabilization of organic matter (OM) that act more efficiently in hydromorphic soils is essential to understand and to assess OM dynamics in these ecosystems. The aim of this study was to evaluate the aggregation, the total organic carbon (TOC) in the soil and in the physical fractions of OM, to characterize them by Fourier Transform Infrared (FTIR), and to identify the mechanisms of protection in an Albaqualf soil under different management systems. This study was conducted at the Lowlands Experimental Station of Embrapa Temperate Climate, in Capão of Leão municipality, Rio Grande do Sul State. The experimental area was established in 2003. In November 2007, soil was sampled in two layers (0.000 - 0.025 m and 0.025 - 0.075 m depth) under conventional tillage (CT), no tillage (NT) and native pasture (CN) areas. The structural soil quality under CT and NT, in the surface layer, was affected in the aggregate of diameter classes from 4.76 to 0.50 mm. The CT and the NT showed reductions in levels of soil TOC, C from the coarse fraction, free light fraction (FLF) and occluded light fraction (OLF). In a short period of time (four years), the management systems did not affect the heavy fraction (HF). The proportions of physical fractions of OM in relation to the COT increased in the order FLL

Carbono e nitrogênio de um Argissolo Vermelho sob floresta, pastagem e mata nativa / Carbon and nitrogen of an Alfisol under forest, pasture and native forest

O monitoramento da matéria orgânica do solo (MOS) constitui um indicador da qualidade do sistema de uso adotado. No Sul do Brasil, são escassos os trabalhos que avaliam as alterações no carbono orgânico total (COT), nitrogênio total (NT) e a labilidade da MOS em sistemas de produção florestal. Diante desse contexto, este estudo teve como objetivo avaliar a concentração de COT e de NT no solo e na fração leve e livre (FLL) da MOS de um Argissolo Vermelho distrófico sob eucalipto após 13 e 20 anos de implantação, adotando-se a mata nativa e um sistema com produção de pastagem como áreas de referência. Além disso, foi quantificado o estoque de COT e de NT na serrapilheira e na liteira das áreas florestais. As avaliações foram feitas, aleatoriamente, em três trincheiras por área, nas camadas de 0,00 a 0,05; 0,05 a 0,10; 0,10 a 0,20 e 0,20 a 0,40m. Maiores concentrações de COT, de NT e da FLL foram verificadas na camada superficial, sendo estas favorecidas pela adição de resíduos vegetais e pela minimização das operações de revolvimento do solo.

The monitoring of soil organic matter content (MOS) has been considered soil quality indicator. Few studies, in Southern Brazil, have evaluated changes in the total organic carbon (COT), total nitrogen (NT) and in the lability of MOS in forestry systems. This study aimed to evaluate the COT, NT and free light fraction of MOS from 0.00 to 0.05, 0.05 to 0.10, 0.10 to 0.20 and 0.20 to 0.40m depths of the Alfisol under eucalyptus, native forest and pasture. In addition, it was quantified the stock of COT and NT in plant residues in forestry areas. The concentration of COT and NT and labile fractions of MOS increased favored by the addition of vegetables residues and by minimizing soil disturbance.

Densidade crítica ao crescimento de plantas considerando água disponível e resistência à penetração de um Argissolo Vermelho distrófico arênico / Bulk density critical to the growth of plants considering available water and soil resistance to penetration of a Paleudalf

O estabelecimento de culturas está associado a condições restritivas impostas pelo tipo e pelo manejo de solo. O objetivo deste estudo foi avaliar o intervalo de densidade crítica de um Argissolo Vermelho distrófico arênico, considerando a disponibilidade de água para as culturas e os valores restritivos de resistência à penetração (1,5; 2,0; 2,5; 3,0 e 3,5MPa). A amostragem de um Argissolo Vermelho distrófico arênico sob plantio direto desde 1989, com estrutura de solo preservada, foi feita nas camadas de 0,00 a 0,10 m e 0,10 a 0,20m. As amostras (oito repetições) foram saturadas em água, equilibradas em diferentes potenciais (-0,001; -0,004; -0,006; -0,033; -0,07 e -0,1MPa) e dois grupos de amostras foram secadas em laboratório, por um período de 7 e 9 dias, perfazendo um total de 128 amostras. Após atingir o equilíbrio, foi avaliada a resistência à penetração e a densidade do solo. Um incremento na resistência à penetração possibilitou maiores intervalos de densidade adequados ao desenvolvimento das plantas, i.e., quando considerada uma resistência à penetração de 2MPa, o intervalo de densidade adequado foi de 1,44Mg m-3 a 1,76Mg m-3 e, para uma resistência de 3MPa, o intervalo foi de 1,53 a 1,88Mg m-3. Valores superiores e inferiores ao intervalo de densidade obtidos são críticos ao desenvolvimento de culturas, considerando a resistência à penetração e a disponibilidade de água.

Crop establishment is linked to restrictive conditions imposed by soil type and soil management. This study aimed at evaluating the interval of bulk density critical for a Paleudalf, considering water availability to the crops and restrictive values to the root resistance to penetration (1.5; 2.0; 2.5; 3.0 e 3.5MPa). Soil samples, from a Paleudalf under no-tillage since 1989, with preserved structure were collected in the layers of 0.00 to 0.10m and 0.10 to 0.20m depth. The samples (eight replicates) were saturated in water and balanced different potentials (- 0.001; -0.004; -0.006; -0.033; -0.07 and -0.1MPa), plus 2 groups of soil samples were dried in the laboratory for a period of 7 and 9 days, being a total of 128 samples used in this study. After reaching the balance, the soil resistance to penetration and bulk density were evaluated. An increase in the resistance to penetration allows for large intervals of bulk density no restrictive to the plant development. For instance, when considered a resistance to penetration of 2MPa, the adequate interval of bulk density was 1.44Mg m-3 to 1.76Mg m-3, and for a resistance to penetration of 3MPa the interval was 1.53 to 1.88Mg m-3. Bulk density smaller or larger than interval obtained are critical to the development of plants, considering soil resistance to penetration and water availability.

Compressibilidade de um Argissolo sob plantio direto escarificado e compactado / Compressibility of a Paleudalf chisel plough and compacted under no-tillage

A compressibilidade do solo é dependente do tipo, da intensidade, da freqüência da força aplicada por máquinas agrícolas e dos sistemas de manejo adotados. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da intensidade do tráfego de máquinas agrícolas na compressibilidade de um Argissolo Vermelho distrófico arênico sob plantio direto escarificado e compactado. Foram testados os tratamentos: PD = plantio direto desde o ano de 1989; PDE1 = plantio direto escarificado em dezembro de 2002 e fevereiro de 2004; PDE2 = plantio direto escarificado em dezembro de 2004; PDC1, PDC2 e PDC3 = plantio direto com quatro passadas de máquina com massa total de 10Mg em dezembro, respectivamente para os anos agrícolas 2001/2002, 2002/2003 e 2001/2002 - 2002/2003. Amostras com estrutura de solo preservada, na camada de 0,08-0,13m, foram utilizadas para avaliar os parâmetros compressivos do solo. No sistema de plantio direto sob compactação adicional, foram obtidos maiores e menores valores, respectivamente, de densidade e índice de compressão do solo. A densidade e o índice de compressão do solo são parâmetros consistentes e sensíveis para detectar alterações na estrutura do solo. O modelo não-linear (McNabb & BOERSMA, 1993) é uma ferramenta potencial para determinação da densidade do solo sob plantio direto, a partir da densidade inicial e das pressões aplicadas ao solo.

Soil compressibility depends on the type, intensity and frequency of the load applied by agricultural machinery and on soil management. This study was aimed at evaluating the effect of traffic of agricultural machines on the compressibility of a Paleudalf chisel plough and compacted under no-tillage. In an area under no tillage since 1989, the following treatments were used for sampling: PD = no tillage since 1989; PDE1 = no tillage plus chisel plough in december the year 2002 and february 2004; PDE2 = no tillage plus chisel plough in december 2004; PDC1, PDC2 and PDC3 = no tillage plus four passes of a machine of 10Mg in December, respectively to the agricultural years of 2001/2002, 2002/2003 and 2001/2002 - 2002/2003. Soil cores were collected at 0.08-0.13m depth to evaluate the compressive parameters of soil. In the no tillage under additional compaction higher and lower values were obtained respectively of bulk density and soil compression index. The bulk density and the soil compression index are concistant and sensitive parameters to detect alterations in the soil structure. The non linear model (McNabb & BOERSMA, 1993) is a potential tool to determine the bulk density of soils under no tillage, starting from the initial bulk density and the loads to be applied in the soil.

Qualidade físico-hídrica e rendimento de soja ( Glycine max L. ) e feijão ( Phaseolus vulgaris L. ) de um Argissolo Vermelho distrófico sob diferentes sistemas de manejo / Physical-hidric quality and soybean ( Glycine max L. ) and black bean ( Phaseolus vulgaris L. ) yield of a Rhodic Paleudalf under different tillage systems

A qualidade físico-hídrica tem sido alterada pelo processo de compactação a que os solos estão sendo submetidos nos diversos sistemas de produção agrícola. Este estudo objetivou avaliar a qualidade físico-hídrica de um Argissolo Vermelho distrófico submetido a diferentes manejos. Um experimento com a cultura da soja e dois com a cultura do feijoeiro foram instalados em um delineamento inteiramente casualizado. No ano agrícola 2004/2005, foram testados sete níveis de compactação: SD = sistema de semeadura direta desde o ano de 1989; SD ESC1 = sistema de semeadura direta escarificado em dezembro de 2004; SD ESC2 = sistema de semeadura direta escarificado em dezembro de 2002 e fevereiro de 2004; SD COMP1 = sistema de semeadura direta com quatro passadas de máquina de 10Mg em dezembro de 2001/2002; SD COMP2 = sistema de semeadura direta com quatro passadas de máquina de 10Mg em dezembro de 2002/2003; SD COMP3 = sistema de semeadura direta com quatro passadas de máquina de 10Mg em dezembro de 2001/2002 e 2002/2003 e SC = sistema convencional de preparo do solo. As maiores alterações na qualidade físico-hídrica foram observadas no sistema convencional de preparo e semeadura direta que recebeu compactação adicional em dois anos agrícolas (SD COMP3). O SD apresentou as melhores condições físico-hídricas e permaneceu por maior período dentro da faixa de umidade volumétrica considerada ótima para o desenvolvimento das culturas. A condutividade hidráulica de solo saturado não apresentou diferença entre os tratamentos. O rendimento da soja não foi influenciado pelos tratamentos, enquanto que a escarificação (SD ESC1) foi favorável ao rendimento do feijoeiro.

Agregação de um planossolo sistematizado há um ano e sob cultivo de arroz irrigado / Aggregation of an albaqualf under land leveling for one year and under flooded rice

A sistematização do solo altera a variação horizontal e a vertical das propriedades do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência das propriedades físicas e químicas do solo sobre o seu grau de agregação e verificar a semelhança de características relacionadas à agregação de horizontes do solo original e sistematizado (áreas de corte e aterro). Para a quantificação das propriedades intrínsecas e do grau de agregação, amostras com estrutura alterada e preservada foram coletadas em dois perfis com características originais e em dois perfis localizados em áreas sistematizadas de um Planossolo hidromórfico eutrófico típico, perfazendo um total de seis perfis analisados. Verificou-se que a agregação do solo sistematizado (áreas de corte e aterro) foi, em geral, similar à dos horizontes E e B do perfil original do solo. A argila, os óxidos de ferro, alumínio e manganês, além do magnésio e do alumínio trocáveis, foram os principais componentes que se correlacionaram com a agregação do solo. Pela análise de regressão múltipla, verificou-se que houve relação positiva da agregação do solo com a argila e com os óxidos de ferro e de alumínio cristalinos e de baixa cristalinidade.

Land leveling modifies horizontal and vertical soil properties variability. The objective of this work was to evaluate the influence of soil properties (physical and chemical) on aggregation and test the similarity on aggregation of original soil horizons and land leveling. To quantify the intrinsic properties and soil aggregation disturbed and undisturbed soil samples were collected in two profiles with original characteristics and land leveling areas of an Albaqualf. Aggregation of land leveling was similar to E and B horizons of the original soil. The clay, iron, aluminum and manganese oxides besides the magnesium and exchangeable aluminum were main components that were correlated with soil aggregation Multiple regression analysis revealed positive relationship of the soil aggregation with clay and iron and aluminum oxide crystalline and low crystalline.