Assessing pedotransfer functions to estimate the soil water retention / Validação de funções de pedotransferência para estimativa da retenção de água no solo

Considering the importance of soil water retention for agricultural and environmental purposes, the objective of this study was to assess three pedotransfer functions (PTFs) used to estimate the soil moisture at field capacity (FC) based on soil attributes easily determined. A collection of 17 soils from the Cerrado and Pantanal biomes, including surface and subsurface horizons, was used. PTF-1 considers clay, organic matter, coarse sand, and microporosity; PTF-2 clay, total sand, and organic matter; and PTF-3 only microporosity. The estimated FC values were correlated to soil moisture values measured at different soil water potentials (0, 6, 10, 33, 100, 300, and 1500 kPa) to verify which potential corresponded to estimated FC. The data were subjected to regression analysis and Mann-Whitney rank-sum test to compare predicted and measured values and to principal component analysis (PCA). The analysis of the full dataset indicated that there was a strong correlation (R 0.84­0.91; R2 0.71­0.82; RMSE 0.07­0.09) between estimated FC and soil water retention measured at potentials of 10 kPa and 33 kPa. FC estimated by PTF-3 correlated better with water holding capacity at 6 kPa. When the PTFs were reapplied to homogeneous soil groups (identified by PCA analysis), the correlation between predicted and measured FC was decreased.

Considerando a importância da retenção de água no solo para fins agronômicos e ambientais, objetivou-se com este trabalho avaliar três funções de pedotransferência (FP) para estimativa da capacidade de campo (CC) com base em atributos de solo facilmente determinados. Uma coleção de 17 solos dos biomas Cerrado e Pantanal, incluindo amostras superficiais e subsuperficiais, foram utilizadas. FP 1 considera o conteúdo de argila, matéria orgânica, areia grossa e microporosidade. FP 2 considera argila, areia total e matéria orgânica. A FP 3 leva em consideração apenas microporosidade. Os valores estimados de CC foram correlacionados aos valores de umidade obtidos em diferentes potenciais (0, 6, 10, 33, 100, 300, and 1500 kPa) com o intuito de verificar qual potencial corresponde à CC estimada. Os dados foram submetidos à análise de regressão, ao teste Mann-Whitney rank-sum para comparar valores medidos e estimados e realizada análise de componentes principais (PCA). Considerando todo o conjunto de dados, foi obtida uma forte correlação (R 0.84­0.91; R2 0.71­0.82; RMSE 0.07­0.09) entre CC estimada e a umidade do solo obtida nos potenciais de 10 kPa e 33 kPa. A CC estimada pela FP 3 correlacionou melhor com a retenção de água no potencial de 6 kPa. Quando as FP's foram reaplicadas em grupos de solos homogêneos (identificados pela PCA), a correlação entre valores estimados e medidos diminuiu.

Wet bulb and Conilon coffee root distribution under drip irrigation / Bulbo molhado e sistema radicular do cafeeiro Conilon sob irrigação localizada

ABSTRACT Knowledge of the wet bulb and the root system of the Conilon coffee plant is highly important for the correct management of irrigation. Therefore, the aim of this work was to characterize the wet bulb and Conilon coffee root distribution under drip irrigation. The experiment was conducted in the city of São Mateus, ES, Brazil with five replications of a completely randomized design of a 4 x 6 split-plot scheme, which represents four points located according to plant location and six depths. Two points were located in the plant line and two points between lines. For row spacing, we used a split-plot scheme 5 x 6 with five points in relation with plant location and six depths with five replications. The coffee roots were analysed by volume, superficial area, length and diameter. The wet bulb was measured with tubes located in six points near the plants with two points in the plant row (between two plants) and five points between rows. The measurements were conducted at four depth ranges with three replications. The wet bulb reached a depth of between 0.40 and 0.50 m, providing an excess of water in depth, evidencing the importance of this characterization for the irrigation management of drip-irrigated Conilon coffee. The depth of the radicular system for better irrigation management efficiency of drip-irrigated coffee is 0.30 m, exhibiting 67.4% of root volume and 68.0% of surface area.

RESUMO O conhecimento do bulbo molhado e do sistema radicular do cafeeiro Conilon é de suma importância para o manejo correto da irrigação. Diante disso, objetivou-se caracterizar o bulbo molhado e o sistema radicular do cafeeiro Conilon sob irrigação localizada. O experimento foi realizado em São Mateus-ES, em um delineamento inteiramente casualizado em parcela subdividida 4 x 6, sendo quatro pontos em relação à planta e seis faixas de profundidade, com cinco repetições. Sendo dois na linha e sete na entre linha com distância entre si de 0,20 m. E na entre linha do cafeeiro em parcela subdividida 5 x 6, sendo cinco pontos em relação à planta e seis faixas de profundidade, com cinco repetições. Foram avaliados volume, área superficial, comprimento e diâmetro de raiz. O bulbo molhado foi determinado usando tubos dispostos em seis pontos em relação à planta, sendo um ponto na linha de plantio do cafeeiro entre duas plantas, e em cinco pontos na entre linha, sendo as medições realizadas em quatro faixas de profundidades, com três repetições. O bulbo molhado atingiu profundidade entre 0,40 a 0,50 m, proporcionando excesso de água em profundidade, evidenciando a importância dessa caracterização para o manejo da irrigação do cafeeiro Conilon irrigado por gotejamento. A profundidade do sistema radicular para melhor eficiência do manejo da irrigação do café Conilon irrigado por gotejamento é de 0,30 m, tendo apresentaram está profundidade 67,4% do volume de raiz e 68,0% de área superficial.

Variação temporal do efluxo de CO2do solo em sistemas agroflorestais com palma de óleo na Amazônia Oriental / Temporal variation of soil CO2 efflux in oil palm-based agroforestry systems in eastern Amazon

The soil carbon dioxide (CO2) efflux dynamics and its controlling factors of Amazonian agroforestry systems are poorly understood. The objective of this study was to evaluate the temporal variation of soil CO2 efflux in oil palm-based agroforestry systems and the relation between efflux and biotic (microbial and total soil carbon, microbial respiration, fine roots, individual components of agroforestry systems (AFS)) and abiotic factors (soil moisture and temperature). The measurements were taken during the less rainy (December 2010) and rainy (May 2011) periods. The soil CO2 efflux was highest during the rainy season, probably due to increased microbial activity influenced by climatic factors coupled with biotic factors. The soil CO2 efflux correlated positively with soil moisture and microbial biomass carbon and negatively with soil temperature and metabolic quotient, but these correlations were weak. The soil CO2 efflux was sensitive to the type of agroforestry system and to rainfall seasonality.

A dinâmica do efluxo de dióxido de carbono (CO2) do solo e seus fatores controladores em sistemas agroflorestais da Amazônia são pouco compreendidas. O objetivo deste estudo foi avaliar a variação temporal do efluxo de CO2 do solo em sistemas agroflorestais onde a palma de óleo é a cultura principal e sua relação com fatores bióticos (carbono microbiano do solo, carbono total do solo, respiração microbiana do solo, raízes finas do solo, indivíduos componentes dos sistemas agroflorestais (SAFs) ) e abióticos (umidade e temperatura do solo). As medições foram realizadas nos períodos menos chuvoso (dezembro de 2010) e chuvoso (maio de 2011). O efluxo de CO2 do solo foi mais alto no período chuvoso, provavelmente, devido à maior atividade microbiana nesse período influenciada por fatores climáticos aliados a fatores bióticos. O efluxo de CO2do solo se correlacionou positivamente com umidade do solo e carbono da biomassa microbiana e negativamente com temperatura do solo e quociente metabólico, porém as correlações foram fracas. O efluxo de CO2do solo foi sensível ao tipo de sistema agroflorestal e a sazonalidade da precipitação.

Redes neurais artificiais na estimativa da retenção de água do solo / Artificial neural networks to estimate soil water retention

O trabalho teve como objetivo apresentar uma proposta de metodologia para estimativa da curva de retenção de água, para solos do Estado do Rio Grande do Sul, a partir do uso de redes neurais artificiais. Para o desenvolvimento do trabalho, foi montado um banco de dados com informações disponíveis na literatura, de textura e estrutura dos solos do Estado do Rio Grande do Sul. Para o desenvolvimento das redes, utilizou-se o software Matlab, no qual foram treinadas diferentes arquiteturas, variando os números de neurônios na camada de entrada e camada intermediária. A eficiência das redes foi analisada graficamente pela relação 1:1, entre os dados estimados versus os observados, por meio de indicadores estatísticos. Observou-se, a partir dos resultados, que a arquitetura com melhor capacidade preditiva foi: 4-24-7, com classificação do índice de desempenho "ótimo". Assim, pode-se inferir que o uso de redes neurais, para estimativa da curva de retenção de água no solo, é uma ferramenta com alta capacidade preditiva e que trará grande contribuição ao setor agrícola.

The study aims to propose a methodology for estimating the water retention curve for soils of the State of Rio Grande do Sul, by using artificial neural networks. For the development of the research it was assembled a database with information available in the literature, texture and structure of soils of Rio Grande do Sul. The modeling was developed using the software Matlab, where the networks were trained with different architectures, varying the numbers of neurons in the input layer and the hidden layer. The efficiency of the network was analyzed graphically by the ratio 1:1 between the estimated versus the observed data by means of statistical indicators. It was observed from the results that the architecture with best predictive performance was the 4-24-7, with index classification of "great" performance. Thus it can be inferred that the use of neural networks to estimate the water retention curve of the soil is a tool with high predictive ability which will bring great contribution to the agricultural sector.

Hydro-physical processes and soil properties correlated with origin of soil hydrophobicity / Processos físico-hídricos e propriedades dos solos correlacionadas com a origem de hidrofobicidade nos solos

Hydrophobicity is the phenomenon where the soil has reduced wettability, usually associated with coating of soil particles by hydrophobic organic substances. This study aimed to provide a description of the hydrophobicity occurrence, highlight recent discoveries about the origin of phenomenon and discuss the main hydro-physical properties and chemical processes linked to the development of hydrophobic behavior in soils. Hydrophobicity is associated with other factors such as soil moisture, presence of some fungi species, particle size, soil pH and occurrence of burnings. The causative substances may be provided by local vegetation, through deposition or decomposition. The dependence and combination of different factors that influence hydrophobicity in soils lead to a spatial and temporal variability of the phenomenon, with negative consequences in the processes of infiltration and water percolation, affecting the three-dimensional distribution and dynamics of soil moisture. Thus, the occurrence of a hydrophobic character requires special attention, especially regarding soil use and management.

A hidrofobicidade é o fenômeno em que o solo apresenta dificuldade de se umedecer com a água, normalmente associado ao recobrimento das partículas do solo por substâncias orgânicas hidrofóbicas. Assim, este trabalho tem como objetivo fazer uma descrição da ocorrência da hidrofobicidade, ressaltando as recentes descobertas em relação à origem do fenômeno, enfocando as principais propriedades físico-hídricas e processos físico-químicos ligados ao desenvolvimento do caráter hidrofóbico no solo. As substâncias orgânicas responsáveis pela repelência podem recobrir total ou parcialmente as partículas, agregados e paredes dos poros, transmitindo diferentes graus de hidrofobicidade ao solo. Essas substâncias podem ser oriundas da vegetação local, via deposição ou decomposição, porém a hidrofobicidade pode estar associada a outros fatores como a umidade do solo, a presença de algumas espécies de fungos, a composição granulométrica, o pH do solo e a ocorrência de queimadas. A dependência e a combinação dos diferentes fatores que influenciam na ocorrência de hidrofobicidade nos solos levam a uma variabilidade espacial e temporal do fenômeno, com consequências negativas nos processos de infiltração e percolação da água, afetando a distribuição tridimensional e dinâmica da umidade do solo. Dessa forma, a ocorrência do caráter hidrofóbico exige uma atenção diferenciada, principalmente em relação ao uso e manejo do solo.

Biorremediação de um solo contaminado com antraceno sob diferentes condições físicas e químicas / Bioremediation of a soil contaminated with anthracene under different chemical and physical conditions

O antraceno e os demais hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) podem ser removidos do solo pela biorremediação, cuja eficiência é limitada se as condições físicas e químicas não forem favoráveis à sobrevivência e à atividade dos microrganismos degradadores. O objetivo do presente estudo foi avaliar a influência do pH, da umidade e da disponibilidade de nitrogênio, de fósforo, de ferro e de enxofre na biorremediação de um solo contaminado com antraceno. Para tanto, amostras de um solo arenoso foram contaminadas em laboratório com 500mg kg-1 de antraceno e a mineralização desse poluente foi quantificada por respirometria. As maiores mineralizações ocorreram nos tratamentos com as maiores umidades e os pH avaliados. A adição de 100kg ha-1 ou mais de nitrogênio no solo e a redução da relação C HAP-N para valores inferiores a 120:17 diminuíram a mineralização do antraceno. O aumento da disponibilidade do fósforo, do ferro e do enxofre e a presença de amplas relações C HAP:P no solo não influenciaram a mineralização do antraceno. A correção do pH e o adequado fornecimento de água possibilitaram a biorremediação desse solo em curto período de tempo.

The anthracene, as well as the others polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), can be removed from the soil by bioremediation, whose efficiency is limited under unfavorable physical and chemical conditions to the survival and activity of the microbial degraders. The objective of this study was to evaluate the influence of pH, water content, and nitrogen, phosphorus, iron and sulfur concentrations in the bioremediation of a soil contaminated with anthracene. Samples of a sandy soil were contaminated in laboratory with anthracene (500mg kg-1) and the mineralization was evaluated by respirometry. The highest anthracene mineralization was verified in the soil with the highest water content and pH value studied. The addition of 100kg ha-1 nitrogen in the soil and the consequent reduction of CPAH-N ratio to values lesser than 120:17 reduced anthracene mineralization. The increase of phosphorus iron and sulfur availability and wide CPAH-P (120:1 to 120:22) ratios in the soil did not influence anthracene mineralization. The pH correction and appropriate water supply made possible the bioremediation of the soil polluted with anthracene in a short period of time.

Pore system changes of damaged Brazilian oxisols and nitosols induced by wet-dry cycles as seen in 2-D micromorphologic image analysis

Soil pore structure characterization using 2-D image analysis constitutes a simple method to obtain essential information related to soil porosity and pore size distribution (PSD). Such information is important to infer on soil quality, which is related to soil structure and transport processes inside the soil. Most of the time soils are submitted to wetting and drying cycles (W-D), which can cause important changes in soils with damaged structures. This report uses 2-D image analysis to evaluate possible modifications induced by W-D cycles on the structure of damaged soil samples. Samples of three tropical soils (Geric Ferralsol, GF; Eutric Nitosol, EN; and Rhodic Ferralsol, RF) were submitted to three treatments: 0WD, the control treatment in which samples were not submitted to any W-D cycle; 3WD and 9WD with samples submitted to 3 and 9 consecutive W-D cycles, respectively. It was observed that W-D cycles produced significant changes in large irregular pores of the GF and RF soils, and in rounded pores of the EN soil. Nevertheless, important changes in smaller pores (35, 75, and 150 µm) were also observed for all soils. As an overall consideration, it can be said that the use of image analysis helped to explain important changes in soil pore systems (shape, number, and size distribution) as consequence of W-D cycles.

A caracterização da estrutura do solo usando a análise de imagens bidimensionais (2-D) constitui um método simples na obtenção de informações essenciais relacionadas com a porosidade do solo e a distribuição do tamanho de poros. Tal informação é importante para obter dados sobre a qualidade do solo, a qual está diretamente ligada à sua estrutura e aos processos de transporte que ocorrem no seu interior. Na maior parte do tempo os solos são submetidos a vários ciclos de umedecimento ("wetting") e secamento ("drying") (W-D) que podem causar importantes mudanças em solos que possuem estruturas danificadas. Neste estudo foi usada a análise de imagens em 2-D na avaliação de possíveis modificações devido a vários ciclos de W-D na estrutura de amostras de solo danificadas.Três solos diferentes em textura (Latossolo vermelho-amarelo distrófico - LVAd; Nitossolo vermelho eutrófico - NVe, Latossolo vermelho distrófico - LVd) foram submetidos a três diferentes tratamentos: 0WD, amostras controle não submetidas a nenhum ciclo de W-D; 3WD e 9WD, amostras submetidas a 3 e 9 ciclos consecutivos de W-D, respectivamente. Foi observado que os ciclos de W-D produziram mudanças significativas nos poros grandes irregulares dos solos LVAd e LVd e nos poros arredondados do NVe. Importantes mudanças nos poros de 35 até 150 µm foram observadas para todos os solos estudados. A partir dos resultados obtidos pode ser dito que o uso da análise de imagens auxiliou com sucesso na explicação de variações no sistema poroso (formato, número e distribuição de tamanho dos poros) devido aos ciclos de W-D para todos os solos analisados.

Efluxo de CO2 do solo em floresta de transição Amazônia Cerrado e em área de pastagem

The objective of this paper was (a) to estimate the CO2 soil efflux in a Mature Transitional Tropical Forest Amazonia and a area of Pasture in the north of the Mato Grosso; (b) to analyzer the influence of the soil humidity and temperature, and accumulated litter. The measurements had been carried through with device of CO2 absorption for infra-red ray (EGM/WMA-2 PP System, Hitchin Hertz, UK) in may/2005 to april/2006. The average values of the CO2 efflux of the ground in the Forest and the area of 5,45 and 4,94 µmolm-2s-1 Pasture µmolm-2s-1, respectively. In the dry season the behavior of the CO2 efflux of the ground was similar in the Mature Transitional Tropical Forest Amazonian and in the area of Pasture, and in the wet season the ecosystems had presented distinct behaviors, and the CO2 efflux of the ground in the area of Pasture was superior to the one in the Transitional Forest. It is essential that if it evaluates the influence of other factors in the CO2 efflux in ecosystems located in one same ecótono for the attainment of new answers that contribution to clarify doubt atmospheric CO2 emission to them the worldwide level.

O objetivo deste trabalho foi (a) estimar o efluxo de CO2 do solo em uma Floresta de Transição Amazônica Cerrado e em uma área de Pastagem localizadas no norte do Mato Grosso, e (b) verificar a influência da umidade e temperatura do solo, e serrapilheira acumulada no efluxo de CO2. As medições foram realizadas com aparelho de absorção de CO2 por infravermelho (EGM/WMA-2 PP System, Hitchin Hertz, UK) de maio/2005 a abril/2006. Os valores médios do efluxo de CO2 do solo na Floresta e na área de Pastagem foram de 5,45 e 4,95 µmolm-2s-1, respectivamente. Uma resposta satisfatória do efluxo de CO2 do solo e a serrapilheira acumulada, ocorreu somente na estação seca. Na estação seca o comportamento do efluxo de CO2 do solo foi semelhante na Floresta de Transição Amazônica Cerrado e na área de Pastagem, e na estação úmida os ecossistemas apresentaram comportamentos distintos, e o efluxo de CO2 do solo na área de Pastagem foi superior ao na Floresta de Transição. É essencial que se avalie a influência de outros fatores no efluxo de CO2 em ecossistemas localizados em um mesmo ecótono para a obtenção de novas respostas que contribuíam para esclarecer as dúvidas da emissão de CO2 em nível mundial.