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.

Índice s no diagnóstico da qualidade estrutural de latossolo muito argiloso sob manejo intensivo / S index in structural quality diagnostic of a very clayey oxisol under intense management

Neste estudo foi verificada a adequação de uso do índice S no diagnóstico da qualidade estrutural de um Latossolo Vermelho distrófico de cerrado cultivado com cafeeiro sob sistema de manejo que adota a aplicação de altas doses de gesso na linha da cultura, cultivo e manejo mecanizado de braquiária na entrelinha da cultura, além de preparo do sulco de plantio até 60 cm de profundidade, dentre outras técnicas de manejo intensivo. O índice S foi correlacionado à densidade e à porosidade do solo nas profundidades de 5, 20, 40 e 80 cm, na linha do cafeeiro, e 5, 10, 20, 40, 65 cm na entrelinha do cafeeiro. Para a determinação do índice S nas diferentes profundidades e locais de amostragem foram construídas curvas de retenção de água, sendo utilizadas amostras com estrutura preservada. Os valores deste atributo físico foram superiores a 0,045 indicando ótima qualidade física do solo sob o sistema de manejo adotado. Houve boa correlação entre o índice S com os atributos físicos analisados, mostrando ser esta uma boa ferramenta a ser utilizada no diagnóstico da qualidade estrutural do solo.

In this study we verified the adequacy of use of the Dexter S index in the diagnosis of structural quality of a Cerrado Oxisol cultivated with coffee in management system that adopts the application of high doses of gypsum in row culture, mechanized cultivation and management of Brachiaria in the interrows, and preparation of the furrow 60 cm deep, among other techniques of intensive management. The S was correlated with the density and porosity of the soil at depths of 5, 20, 40 and 80 cm along the row of coffee, and 5, 10, 20, 40, 65 cm between rows of coffee. For the determination of the S at different depths and sampling sites were built water retention curves, using samples with structure preserved. The values of this physical attribute were greater than 0.045 indicating good soil physical quality under the management system adopted. There was good correlation between the S with the physical attributes analyzed, showing that this is a good tool to use in the diagnosis of structural soil quality.

The influence of physical soil properties on the water supply of irrigated orchards-some examples from Val Venosta (South Tyrol/Northern Italy).

In irrigated agriculture, irrigation water volume and duration of irrigation can be optimized utilizing soil water dynamics data. Val Venosta in South Tyrol (Northern Italy) is a region where irrigation represents a central factor of production in the Tyrolese fruit-growing areas. Intensive orchard production is practised within an area of about 18.000 ha. Although fruit cultivation experts believe that intensive fruit cultivation should be based on regular irrigation of the fruit trees to guarantee optimum results in both fruit quantity and quality; however, fruit growers in the region follow very subjective criteria in regard to irrigation. At many locations much more water is used than the fruit trees actually need. Therefore irrigation in this region is a very cost-intensive factor of production and is criticized by the public for both economic and ecological reasons. To optimize the irrigation practice in this region it is essential to provide an objective basis for the irrigation process. A system of “precision irrigation” proposed, which is therefore based on objective and quantitative criteria focusing primarily on soil properties and hydrologic balance. This contribution will provide an overview of the current situation of irrigation and present results from soil-physical and soil-hydrological studies performed in this region since 2003.

Adjustment of the expedite method for clay content determination in Rondônia soils / Ajuste de método expedito para determinação de teor de argila em solos de Rondônia

Soil clay content is an important soil attribute and has been used to classification of phosphorus status in the soil in order to determinate the needing of phosphorus amounts to be applied to crops production. The aim of this research was to adjust the method for soil clay content determination, adopted by the laboratories of Southern Brazil (ROLAS-RS/SC), for soil clay content evaluation in Rondônia soils. The study was conducted using 50 soil samples from Rondônia State with wide range clay content. It was tested shaking periods (1.5, 2.0 and 2.5h) associated with periods for soil particles decantation (1.5 and 2.0h) to correlate with the standard method for soil texture testing, known as the pipette method. Clay content determined through this method was significantly correlated with pipette method. The better treatment was the combination of 2.0h of shaking and 1.5h of decantation, resulted in total period of 3.5h, which reduced the period to determine the soil clay content without loss of accuracy.

O teor de argila é um importante atributo de solo e é utilizado na determinação de faixas de teores de fósforo para fins de recomendação de adubação. O objetivo deste trabalho foi ajustar o método de determinação de argila utilizado pelos laboratórios da ROLAS-RS/SC para avaliar os teores de argila dos solos de Rondônia. O estudo foi conduzido com 50 amostras de solos do Estado de Rondônia, com diferentes teores de argila. O teor de argila foi determinado utilizando-se o método da ROLAS-RS/SC, com diferentes períodos de agitação (1,5; 2,0 e 2,5h) e de decantação das partículas do solo (1,5 e 2,0h) e o método da pipeta, considerado padrão para essa determinação. Os teores de argila determinados nas combinações de períodos de agitação e de decantação se correlacionaram significativamente com os teores determinados pelo método da pipeta. O melhor tratamento foi a combinação de 2,0h de agitação e 1,5h de decantação, resultando em tempo total de 3,5h, que reduz o tempo para determinação do teor de argila do solo sem perda significativa da eficiência.

Chemical migration during soil water retention curve evaluation

Wetting and drying (W-D) cycles can induce important elemental migrations in soils. The main purpose of this work was to study the possible existence of soil chemical elemental migrations in samples submitted to repeated W-D cycles during evaluations of soil water retention curve (SWRC). The experimental measurements were carried out by Atomic Absorption Spectrometry (AAS) for Ca2+, Mg2+ and K+ on samples of three different Brazilian tropical soils (Geric Ferralsol, Eutric Nitosol and Rhodic Ferralsol). Results demonstrate an increase in the electrical conductivity of the water extracted from the samples and significant losses of Ca2+, Mg2+ and K+ during the applications of up to nine W-D cycles. It was also observed differences in SWRC for all soils when samples submitted to the application of several W-D cycles were compared with samples not submitted to it. These differences occurred at the region of both structural and textural pores. A possible explanation for these results could be the soil chemical migration during the sequences of W-D cycles, which can affect the soil structure development.

Os ciclos de umedecimento e secamento (U-S) podem induzir importantes migrações de elementos químicos no solo. O objetivo principal deste trabalho foi estudar a possível existência de migração de elementos químicos em amostras de solos submetidas a repetidos ciclos de U-S durante a avaliação da curva de retenção de água do solo. As determinações de Ca2+,Mg2+ e K+ foram obtidas por Espectrometria de Absorção Atômica em três diferentes solos tropicais do Brasil (Latossolo Vermelho-Amarelo, Nitossolo Vermelho e Latossolo Vermelho). Os resultados demonstram um aumento da condutividade elétrica da água extraída das amostras de solo e perda significativa de Ca2+, Mg2+ e K+ após a aplicação de nove ciclos de U-S. Diferenças nas curvas de retenção foram também observadas para todos os solos quando as amostras submetidas aos ciclos de U-S foram comparadas com as amostras não submetidas. Essas diferenças ocorreram tanto na região estrutural quanto textural dos poros do solo. Uma possível explicação para esses resultados pode ser a migração de elementos químicos do solo durante as sequências de ciclos de U-S, os quais podem afetar o desenvolvimento da estrutura do solo.

Modelagem do escoamento superficial a partir das características físicas de alguns solos do Uruguai / Runoff modeling from soil physical characteristics in different places in Uruguay

Os objetivos deste trabalho foram determinar e modelar o escoamento superficial para solos com diferentes características físicas a partir de diferentes intensidades de chuva. Foram realizadas chuvas simuladas em diferentes solos, no Uruguai. Chuvas artificiais com intensidades de 30, 60 e 120mm h-1 foram aplicadas utilizando-se um simulador estacionário de bicos múltiplos e oscilantes. Em cada solo foram determinados o tempo de início e a taxa de escoamento superficial, além da chuva (quantidade, duração e intensidade), declividade do terreno, matéria seca na superfície e cobertura do solo, densidade (do solo e de partícula), porosidade do solo (macro, micro e total), textura (argila, silte e areia), umidade inicial e saturação do solo. Foi utilizado o modelo modificado de Smith para estimativa do escoamento superficial. As perdas acumuladas por escoamento superficial foram de 64, 32, 30 e 15 por cento do total aplicado para Vertissolo 1, Chernossolo, Argissolo e Vertissolo 2, respectivamente. Há uma relação inversa entre o tempo de início do escoamento e a taxa constante de escoamento superficial, independentemente das condições da superfície do solo e da chuva. Isso está associado à intensidade da chuva, pois quanto mais esta aumentar, menor é o tempo de início do escoamento e maior é a taxa constante de escoamento superficial. O modelo modificado de Smith estima melhor o escoamento superficial sob condições de elevada umidade do solo.

The objective of this research was to determinate and modeling the runoff for different soils classes based on different simulated rainfall intensities (30, 60 and 120mm h-1) in different soils in Uruguay. A portable rainfall simulator with multiple nozzles was used to simulate different rainfall intensities. On each soil was measured the initial time and rate of runoff, rainfall (total, duration and intensities), direction of slope, crop residue and cover percentage, soil densities (bulk and particle), soil porosity (bulk, macro and micro), textural fractions (clay, silt and sand), initial and saturated soil moisture. The runoff was estimated with Smith's modified model. The accumulate runoff losses were 64, 32, 30 e 15 percent from the total rainfall, for Vertissolo 1, Chernossolo, Argissolo e Vertissolo 2, respectively. The relationship between initial runoff and the runoff rate was inversively, independently of the soil surface and rainfall conditions. Increasing rainfall intensity decreases the initial runoff time and increase runoff rate. Smith's modified model provides a better runoff estimated in soils with high soil moisture content.

Propriedades físicas do solo após extração seletiva de madeira na Amazônia Central

Soil physical variables were investigated in forest plots submitted to selective logging in Central Amazonia. After logging, soil samples were collected to obtain soil water retention curves and measure: available soil water to the plants, soil density, and total porosity. Temperature measurements were carried out for 13 months, considering six treatments: control, center of the gaps, edge of the gaps, edge of the remaining forest, remaining forest and tractor tracks. Hydraulic conductivity measurements on saturated soil were conducted both on the control forest as well as on the logged plots, with no treatment distinction. The soil showed a low available water storage capacity: only 11 to 18% can be available to the plants, up to 1 meter depth. The temperature of the soil upper layers was influenced by logging, i. e., through the opening of the gaps, light reaches the soil more intensely in the center and edge of gaps, increasing temperatures in relation to the control and the remaining forest.

Variáveis físicas do solo foram investigadas em parcelas de floresta de terra firme submetidas à extração seletiva de madeira na Amazônia central. Foram obtidas curvas de retenção de água no solo, juntamente com medidas de água disponível no solo às plantas, densidade do solo e porosidade total. Medidas de temperatura do solo foram realizadas por mais de 13 meses, considerando seis tratamentos: controle, centro da clareira, borda da clareira, borda da floresta remanescente, floresta remanescente e trilha do trator. Medidas de condutividade hidráulica de solo saturado foram feitas na floresta e em clareiras, sem distinguir os tratamentos. O solo revelou baixa capacidade de armazenar água disponível: apenas 11 a 18% da água pode estar disponível às plantas, num perfil de 1 m de profundidade. A temperatura das camadas superiores do solo foi influenciada pela extração seletiva de madeira: nas clareiras abertas, a luz chega com mais intensidade no solo, proporcionando temperaturas mais elevadas no centro e nas bordas das clareiras do que no controle e na floresta remanescente.