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.

Soils characterization and classification in clean field, dirty field and forest areas in amazonian environments / Caracterização e classificação de solos em área de campo limpo, campo sujo e floresta em ambientes amazônicos

The soil and vegetation characteristics of the southern Amazonas region include highly weathered soils, high aluminum content and some hydromorphic conditions, its vegetation is composed from grasslands to small isolated trees and forest galleries along the rivers streams. In this way, this work aims to characterize and classify the soil in areas of clean field, dirty field, and forest in Humaitá region AM. Soil trenches were opened in the clean field, dirty field, and forest environments, soil profiles were morphologically characterized, and samples were collected from their horizons. Physical analysis of texture, dispersed clay in water, flocculation, bulk density, particle density and porosity were performed. The chemical analyzes included pH and KCl in water; Ca, Mg, K, Al, and; available P; H+Al and organic C; SiO2, Al2O3 and Fe2O3 sulfuric attack. The soils were classified according to criteria established by the Brazilian System of Soil Classification and Soil Taxonomy. The forest, dirty field (high) and clean field (low) showed different soil types, Typic Dystrudept for the first two environments and Typic Fluvaquents for last. Multivariate techniques expressed the similarity relations presenting between the different environments studied, characterizing, which are of great importance in the relation landscape-soil studies.

As características do solo e da vegetação da região sul do Amazonas incluem solos altamente intemperizados, alto teor de alumínio e algumas condições hidromórficas, sendo sua vegetaçãocomposta por pastos, pequenas árvores isoladas e galerias florestais ao longo dos cursos d'água. Desta forma, este trabalho tem como objetivo caracterizar e classificar o solo em áreas de campo limpo, campo sujo e floresta na região de Humaitá AM. As valas foram abertas no campo limpo, no campo sujo e nos ambientesflorestais, os perfis dos solos foram caracterizados morfologicamente e as amostras foram coletadas de seus horizontes. Análises físicas de textura, argila dispersa em água, floculação, densidade do solo, densidade de partículas e porosidade foram realizadas. As análises químicas incluíram pH e KCl em água; Ca, Mg, K, Al e; P disponível; H + Al e C orgânico; Ataque sulfúrico de SiO2, Al2O3 e Fe2O3. Os solos foram classificados de acordo com critérios estabelecidos pelo Sistema Brasileiro de Classificação de Solos e Taxonomia de Solos. A mata, o campo sujo (alto) e o campo limpo (baixo) apresentaram diferentes tipos de solo, distritos típicos para os dois primeiros ambientes e fluídicos típicos para o último. Técnicas multivariadas expressaram as relações de similaridade que se apresentam entre os diferentes ambientes estudados, caracterizando, que são de grande importância na relação paisagem-solo.

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.

Chemical soil attributes evaluated by multivariate techniques and geostatistics in the area with agroforestry and sugarcane in Humaitá, AM, Brazil / Atributos químicos do solo avaliados por técnicas multivariadas e geoestatísticas em área com agrofloresta e cana-de-açúcar em Humaitá, AM, Brasil

Studies on the spatial behavior of soil attributes in the Amazon region are still very incipient. In this sense, the objective of this work was to evaluate the chemical attributes through multivariate techniques and geoestatistics in the area with agroforestry and sugarcane in Humaitá, AM, Brazil. The study was carried out in a farm in Humaitá city, Amazonas State. The studied area was divided into 70.00 m x 70.00 m meshes with a regular spacing of 10 m, totaling 64 points and then, soil samples were collected at 0.0-0.2 m and 0.4-0.6 m depths. We performed chemical analyses of the attributes of soil. Then, it was applied descriptive statistics, multivariate and geostatistics. In conclusion, our findings suggest that for most of the chemical attributes was observed spatial dependence in both areas, with DSD varying from weak to moderate, with prevalence of the weak one. The multivariate analysis was efficient in the selection of chemical soil attributes that best represented the agroforestry environments and sugarcane. The results of this study will serve as a basis for further studies on these environments and other systems within the region; moreover serving as a basis for agricultural planning aiming a better environmental sustainability.

Existe uma carência de estudos enfocando o comportamento espacial de atributos químicos no Amazonas. Neste sentido o objetivo deste trabalho foi avaliar os atributos químicos do solo por meio de técnicas multivariadas e geoestatística em área com agrofloresta e cana-de-açúcar em Humaitá, AM, Brasil. O estudo foi realizado em uma propriedade rural em Humaitá, Amazonas. Nestas áreas foram estabelecidas malhas de 70,00 m x 70,00 m, com espaçamento regular de 10,00 x 10,00 m totalizando 64 pontos e em seguida, coletadas amostras de solos na profundidade de 0,0-0,20 e 0,40 ­ 0,60 m. Foram determinados os atributos químicos (pH, MO, P, K, Ca, Mg, SB, CTC, V% e H+Al). Utilizaram-se técnicas de estatística descritiva, multivariada e geoestatística. Em conclusão, nossos resultados sugerem que, para a maioria dos atributos químicos foi observada dependência espacial em ambas as áreas, com DSD variando de fraca a moderada, com prevalência de um fraco e a análise multivariada foi eficiente na seleção de atributos químicos do solo que melhor representou os ambientes de agrofloresta e cana de açúcar.

Caracterização de solos sob diferentes usos na região sul do Amazonas / Characterization of soils under different land uses in the southern region of the Amazonas

Areas with native vegetation are increasingly fragmented due to agricultural occupation, and with the removal of the natural vegetation, the use of soil has shown changes in their chemical, physical and biological attributes. Thus, the objective of this work was to evaluate soil physical and chemical attributes using multivariate technique. The study was carried out in area with Archaeological Black Earth (TPA), forest, pasture, agroforestry, sugar cane and cassava. In these areas 64 soil samples were collected from disturbed and undisturbed soils at a regular spacing of 10 meters and 0.0 to 0.10 m depth for chemical and physical analyses. Areas of TPA and agroforestry had different values for physical and chemical attributes in comparison with soils from pasture, forest, cassava and sugar cane. The areas cultivated with cassava, sugar cane and pasture had similar physical and chemical characteristics. The use of the multivariate analysis tool proved to be useful to detect similarities or differences in soils attributes based on chemical and physical in the study area.

Áreas com vegetação nativa são cada vez mais fragmentadas devido ao desmatamento associado à atividade agropecuária, o que provoca alterações nos atributos químicos, físicos e biológicos do solo. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar os atributos físicos e químicos do solo por meio de técnicas estatísticas multivariadas. O estudo foi realizado em áreas de terra preta arqueológica (TPA), floresta, pastagem, agrofloresta, cana-de-açúcar e mandioca. Nestas áreas foram coletadas 64 amostras de solos deformadas e indeformadas com espaçamento regular de 10 m na profundidade de 0,0-0,10 m para determinação dos atributos químicos e físicos. O estudo mostra que as áreas com TPA e agrofloresta apresentaram valores de atributos físicos e químicos diferentes da pastagem, floresta, mandioca e cana-de-açúcar. Por serem ambientes cultivados, as áreas de mandioca, cana-de-açúcar e pastagem apresentam características físicas e químicas similares. O uso das técnicas de análises multivariadas foi eficiente para verificar as similaridades ou as diferenças, com base nos atributos químicos e físicos do solo em cada área estudada.

Variabilidade espacial de atributos físicos de solos antropogênico e não antropogênico na região de Manicoré, AM / Spatial variability of soil physical anthropogenic and non anthropogenic in the region of Manicoré, AM

Melhores conhecimentos sobre os solos antropogênicos podem auxiliar na construção de cenários futuros para a região amazônica, por meio de informações que subsidiem o planejamento sustentável. O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade espacial de atributos físicos de solos antropogênicos e não antropogênico na região de Manicoré, AM. Na área do estudo foram selecionadas duas, uma com solos não antropogênicos (floresta nativa) e outra com solos antropogênicos (terra preta arqueológica). Em cada área, foi estabelecida uma malha medindo 70 x 70 m e os solos foram amostrados nos pontos de cruzamento da malha, com espaçamentos regulares de 10 em 10 metros, perfazendo um total de 64 pontos amostrais em cada paisagem. Foram coletadas amostras de solos na profundidade de 0,0 a 0,10 m e realizadas as análises físicas (textura, densidade do solo, macroporosidade, microporososidade, porosidade total e estabilidade dos agregados). Em seguida, os dados foram submetidos á estatística descritiva e geoestatística. Verificou-se que os solos antropogênicos e não antropogênicos apresentaram comportamentos diferenciados em relação ás suas estruturas espaciais. A variabilidade espacial que predominou no solo antropogênico e não antropogênico foi moderada e fraca indicando que estes solos estão fortemente ligados a alterações ocorridas por fatores extrinsecos no solo. No solo antropogênico foi observado melhores resultados para a porosidade total, microporosidade e densidade do solo, evidenciando características superiores para fins agronômicos quando comparado ao solo não antropogênico. E os valores de alcance encontrado nas duas áreas foram acima do utilizado na malha, evidenciando maior continuidade espacial nestes ambientes.

Better knowledge of the anthropogenic soils can help create future scenarios for the Amazon region through information that supports the sustainable planning. The aim of this study was to evaluate the spatial variability of soil physical anthropogenic and not anthropogenic in the region of Manipur, AM. In the study area we selected two, one with no anthropogenic soils (native forest) and another with anthropogenic soils (black earth archaeological). In each area, we established a grid measuring 70 x 70 m and the soils were sampled at the points of intersection of the grid with regular spacing of 10 by 10 feet, making a total of 64 sampling points in each landscape. Soil samples were collected at a depth from 0.0 to 0.10 I did the analyzes physical (texture, bulk density, macroporosity, microporososidade, porosity and aggregate stability). Then, the data were subjected to descriptive statistics and geostatistics. It was found that the anthropogenic and non-anthropogenic soils showed different behaviors in relation ace their spatial structures. The spatial variability that prevailed in anthropogenic and non-anthropogenic soil was moderate and weak indicating that these soils are strongly linked to changes in the soil by extrinsic factors. The soil was observed anthropogenic best results for total porosity, microporosity and bulk density, showing superior characteristics compared for agronomic soil not anthropogenic. And the range of values found in the above two areas were used in the mesh, showing greater spatial continuity in these environments.

Superfícies geomórficas e atributos do solo em uma toposseqüência de transição várzea-terra firme / Geomorphic surfaces and soil attributes in a topossenquence of the low land/high land

Os atributos do solo sofrem influências das superfícies geomórficas. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi investigar as interferências das superfícies geomórficas nos atributos do solo em uma topossequência de transição várzea/terra firme na região de Humaitá, AM. Foi estabelecido um caminhamento de 4.500 m a partir do topo da vertente no sentido do caimento mais suave do relevo e as superfícies geomórficas foram identificadas e delimitadas conforme critérios topográficos, estratigráficos e intensas investigações de campo. Foram coletadas 20 amostras em cada um dos segmentos de vertente das superfícies geomórficas (S.G.), nas seguintes profundidades: S.G. I: LAa: 0,0-0,16 e 0,48-0,79 m; S.G. II: LAd1: 0,0-0,13 e 0,44-0,70 m e LAd2: 0,0-0,10 e 0,30-0,55 m; S.G. III: RYve1: 0,0-0,18 e 0,51-0,89 m e RYve2: 0,0-0,23 e 0,58-0,91 m. O critério de escolha das profundidades de coleta foi a coincidência com os horizontes superficiais e subsuperficiais determinados na descrição morfológica dos perfis. Foram realizadas análises físicas de granulometria, argila dispersa e grau de floculação, densidades do solo e das partículas e porosidade total. As análises químicas realizadas foram: pH em água e KCl; Ca, Mg, K, Na e Al trocáveis; P disponível; H+Al e C orgânico. As variações do relevo favoreceram a presença de solos distróficos na superfície geomórfica I e solos eutróficos na superfície geomórfica III. As técnicas estatísticas multivariadas permitiram separar três grupos heterogêneos, equivalentes às superfícies geomórficas mapeadas.

Soil attributes reflect influence of the geomorphic surfaces. Therefore, the objective of this work was to investigate the influence of the geomorphic surfaces on soil attributes in a topossequence from low lands to high lands in the Humaitá region, AM. A transect of 4.5 km, from the top of the slope towards the low lands was established and the geomorphic surfaces were identified and limited according to topographic and estratigraphic criteria, based on detailed field investigation. Twenty soil samples were collected in each one of the slope segments within the geomorphic surfaces (G.S.), at the following depths: G.S. I: LAa (0.0-0.16 and 0.48-0.79 m); G.S. II: Lad1 (0.0-0.13 and 0.44-0.70) and Lad2 (0.0-0.10 and 0.30-0.55 m); G.S. III: RYve1 (0.0-0.18 and 0.51-0.89) and RYve2 (0.0-0.23 and 0.58-0.91 m). The sampling depths were determined by the surface and subsurface horizon depths, defined during the soil morphological description. Physical analysis involved particle size distribution, disperse clay, soil and particle density and total porosity. The chemical analysis involved determinations of pH in water and KCl, exchangeable cations, exchangeable Al, total acidity (H+Al), available P, organic carbon. The relief variations contributed to the presence of dystrophic soils in the geomorphic surface I and eutrophic soils in the geomorphic surface III. The multivariate statistical techniques were able to separate three heterogeneous groups, equivalent to the mapped geomorphic surfaces.